Os computadores costumavam ser do tamanho de uma sala.
Mas agora cabem no nosso bolso,
no nosso pulso
e até podem ser implantados dentro do nosso corpo.
Não é fantástico?
E isso é possível, graças à miniaturização dos transístores,
que são os pequenos interruptores nos circuitos
no coração dos nossos computadores.
Conseguimos isso graças a décadas de desenvolvimento
e de avanços na ciência e na engenharia
e a milhares de milhões de dólares em investimento.
Isso deu-nos grandes quantidades de computação,
grande quantidade de memória
e a revolução digital que todos experimentamos e apreciamos hoje.
Mas o problema
é que estamos prestes a atingir um obstáculo digital,
porque o ritmo de miniaturização dos transístores
está a diminuir de velocidade.
Isso está a acontecer exatamente na mesma altura
em que a inovação em "software" continua incansavelmente
com a inteligência artificial e os grandes volumes de dados.
Os nossos dispositivos executam regularmente
o reconhecimento facial, aumentam a nossa realidade
ou até mesmo dirigem carros nas estradas traiçoeiras e caóticas.
É incrível!
Mas se não acompanharmos o apetite do nosso "software",
podemos chegar a um ponto no desenvolvimento da nossa tecnologia
em que as coisas que podíamos fazer com o "software"
podem ficar limitadas pelo "hardware".
Todos nós já experimentámos a frustração de um "smartphone" ou "tablet" antigos
a funcionar lentamente até parar por completo
sob o peso crescente das atualizações do "software" e de novos recursos.
Funcionavam muito bem quando os comprámos, há pouco tempo.
Mas os famintos engenheiros de "software"
consumiram toda a capacidade do "hardware"
ao longo do tempo.
A indústria de semicondutores está plenamente consciente disso
e está a trabalhar em todo o tipo de soluções criativas,
como passar dos transístores para a computação quântica
ou mesmo trabalhar com transístores com arquiteturas alternativas
como redes neurais
para tornar os circuitos mais robustos e eficientes.
Mas essas abordagens vão demorar um pouco
e estamos a procurar uma solução muito mais imediata para este problema.
A razão por que o ritmo da miniaturização dos transístores está a diminuir
é a crescente complexidade do processo de fabrico.
O transístor costumava ser um dispositivo grande e volumoso,
até à invenção do circuito integrado
à base de bolachas de silício cristalino puro.
Ao fim de 50 anos de desenvolvimento contínuo,
agora podemos fabricar transístores
com uma dimensão até 10 nanómetros.
Podemos encaixar mais de mil milhões de transístores
num só milímetro quadrado de silício.
Para colocar isto em perspetiva,
um cabelo humano tem 100 mícrones de diâmetro.
Um glóbulo vermelho, que é praticamente invisível,
tem oito mícrones de diâmetro,
e podemos colocar 12 alinhados na largura de um cabelo humano.
Mas um transístor, em comparação, é muito menor,
com uma pequena fração de um mícron de largura.
Podemos colocar mais de 260 transístores
no diâmetro de um só glóbulo vermelho
ou seja, mais de 3000 na largura de um cabelo humano.
É uma nanotecnologia espantosa no nosso bolso.
Para além do benefício óbvio
de poder colocar mais transístores mais pequenos num "chip",
os transístores mais pequenos são interruptores mais rápidos,
e os transístores mais pequenos também são interruptores mais eficientes.
Essa combinação tem-nos dado
menor custo, maior desempenho e uma eletrónica de maior eficiência
de que todos desfrutamos hoje.
Para fabricar esses circuitos integrados,
os transístores são montados camada a camada,
numa bolacha de silício cristalino puro.
Para dizê-lo de forma simples,
cada pequena característica do circuito é projetada
na superfície da bolacha de silicone
e gravada numa camada de material sensível à luz
e depois gravada através do material sensível à luz
para deixar o padrão nas camadas subjacentes.
Este processo tem melhorado drasticamente ao longo dos anos
para dar à eletrónica o desempenho que temos hoje.
Mas à medida que as características do transístor diminuem,
estamos a aproximar-nos das limitações físicas
desta técnica de fabrico.
Os sistemas mais recentes para realizar esse padrão
tornaram-se tão complexos
que custam mais de 100 milhões de dólares cada.
E as fábricas de semicondutores possuem dezenas dessas máquinas.
Então, as pessoas estão a questionar se esta abordagem é viável a longo prazo.
Acreditamos que podemos fabricar os "chips"
de uma forma totalmente diferente e muito mais económica,
usando a engenharia molecular e imitando a natureza
à dimensão em nanoescala dos nossos transístores.
Como eu disse, o fabrico convencional
agarra em todas as pequenas características do circuito
e projeta-as no silício.
Mas se olharmos para a estrutura de um circuito integrado,
para as matrizes do transístor,
muitas das características repetem-se milhões de vezes.
É uma estrutura altamente periódica.
Então, queremos tirar partido dessa periodicidade
na nossa técnica alternativa de fabrico.
Queremos usar materiais de montagem automática
para formar naturalmente as estruturas periódicas
de que precisamos para os transístores.
Fazemos isso com os materiais,
e depois os materiais fazem o trabalho difícil do padrão fino,
em vez de empurrarem a tecnologia de projeção para além do seu limite.
Vemos a automontagem na Natureza em muitos lugares diferentes,
nas membranas lipídicas nas estruturas celulares,
por isso sabemos que pode ser uma solução robusta.
Se é bom para a Natureza, deve ser bom para nós.
Queremos aproveitar esta automontagem robusta que ocorre naturalmente
e usá-la para o fabrico da nossa tecnologia de semicondutores.
Um tipo de material de montagem automática
— chama-se copolímero em bloco —
consiste em duas cadeias de polímeros
só com umas dezenas de nanómetros de comprimento.
Mas essas cadeias odeiam-se.
Repelem-se, como o óleo e a água
ou o meu filho e a minha filha adolescentes.
(Risos)
Mas nós unimo-las cruelmente,
criando uma frustração intrínseca no sistema,
enquanto tentam separar-se.
Nesta matéria prima, há milhares de milhões destas cadeias,
e as cadeias semelhantes tentam manter-se juntas
e as cadeias opostas tentam separar-se umas das outras
tudo ao mesmo tempo.
Isso provoca uma frustração interna, uma tensão no sistema.
Elas deslocam-se, retorcem-se até se criar uma forma.
Essa forma automontada natural que se forma à nanoescala,
é regular, é periódica, e a longo prazo,
o que é exatamente aquilo de que precisamos
para as matrizes do transístor.
Assim, podemos usar a engenharia molecular
para projetar formas diversas de tamanhos diferentes
e de diferentes periodicidades.
Por exemplo, se tomarmos uma molécula simétrica,
em que as duas cadeias de polímeros têm o mesmo comprimento,
a estrutura automontada que se forma naturalmente
é uma linha longa e sinuosa,
muito parecida com uma impressão digital.
E a largura das linhas dessa impressão digital
e a distância entre elas
são determinadas pelo comprimento das cadeias de polímeros
mas também pelo nível da frustração interna do sistema.
Até podemos criar estruturas mais elaboradas
se usarmos moléculas assimétricas,
em que uma cadeia de polímeros
é significativamente mais curta que a outra.
A estrutura automontada que se forma neste caso
constitui uma bola apertada com as correntes curtas no meio,
cercada pelas cadeias de polímeros opostas, mais compridas,
formando um cilindro natural.
O tamanho deste cilindro
e a distância entre os cilindros, a periodicidade,
são de novo determinados pelo comprimento que damos às cadeias de polímeros
e pelo nível de frustração interna.
Por outras palavras, estamos a usar a engenharia molecular
para automontar estruturas à nanoescala
que podem ser linhas ou cilindros
com o tamanho e a periodicidade do nosso "design".
Estamos a usar a química, a engenharia química,
para fabricar as características necessárias para os transístores.
Mas a capacidade de automontar essas estruturas
só nos leva a meio do caminho,
porque ainda precisamos de posicionar essas estruturas
onde queremos os transístores no circuito integrado.
Mas podemos fazer isso com relativa facilidade
usando largas estruturas guias que fixam as estruturas automontadas,
prendendo-as no seu lugar
e forçando o resto das estruturas automontadas
a manterem-se em paralelo,
alinhadas com a nossa estrutura guia.
Por exemplo, se quisermos fazer uma linha fina de 40 nanómetros,
que é muito difícil de fabricar com a tecnologia de projeção convencional,
podemos fabricar uma estrutura guia de 120 nanómetros
com a tecnologia de projeção normal,
e essa estrutura alinhará três das linhas de 40 nanómetros no meio.
Então, são os materiais que fazem o trabalho mais difícil.
Chamamos a toda esta abordagem "automontagem dirigida".
O problema da automontagem dirigida
é que todo o sistema precisa de alinhar quase perfeitamente,
porque qualquer pequeno defeito na estrutura
pode causar a falha do transístor.
E como há milhares de milhões de transístores no nosso circuito,
precisamos de um sistema quase molecularmente perfeito.
Mas estamos a fazer esforços extraordinários
para conseguir isso,
seja a limpeza da nossa química
seja o processamento cuidadoso destes materiais
na fábrica de semicondutores
para remover os mais pequenos defeitos nanoscópicos.
A automontagem dirigida é uma tecnologia revolucionária, promissora,
mas ainda está na fase de desenvolvimento.
Mas cada vez temos mais confiança de que podemos apresentá-la
à indústria de semicondutores
como um novo processo revolucionário de fabrico
nos próximos anos.
Se pudermos fazer isso, se tivermos sucesso,
poderemos continuar
com a miniaturização de transístores, económica e eficiente,
continuar com a expansão espetacular da computação
e a revolução digital.
Além do mais, isso até pode ser o alvorecer de uma nova era
de fabrico molecular.
Não é fantástico?
Obrigado.
(Aplausos)