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← Os chips de computador de automontagem do futuro

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Showing Revision 57 created 03/13/2019 by Maricene Crus.

  1. Os computadores costumavam
    ser do tamanho de uma sala.

  2. Mas agora cabem em nosso bolso,
  3. em nosso pulso
  4. e podem até mesmo ser
    implantados dentro do nosso corpo.
  5. Isso é muito legal, não é?
  6. Isso foi possível
    pela miniaturização de transistores,
  7. que são os pequenos
    interruptores nos circuitos
  8. no coração dos nossos computadores.
  9. E isso foi alcançado através
    de décadas de desenvolvimento
  10. e avanços na ciência e engenharia
  11. e de bilhões de dólares em investimento.
  12. Mas nos deu grandes
    quantidades de capacidade,
  13. enormes quantidades de memória
  14. e a revolução digital que todos nós
    conhecemos e desfrutamos hoje.
  15. Mas a má notícia é

  16. que estamos prestes a atingir
    um obstáculo digital,
  17. conforme a taxa de miniaturização
    de transistores está diminuindo.
  18. E isso está acontecendo
    exatamente ao mesmo tempo
  19. em que a nossa inovação em software
    continua incansavelmente
  20. com inteligência artificial
    e grande volume de dados.
  21. Os dispositivos realizam reconhecimento
    facial, aumentam a nossa realidade
  22. ou até mesmo dirigem carros pelas
    nossas estradas perigosas e caóticas.
  23. É incrível.
  24. Mas se não acompanharmos
    o apetite do nosso software,
  25. podemos chegar a um ponto
    no desenvolvimento da nossa tecnologia
  26. em que as coisas que faríamos com o
    software poderiam, de fato, ser limitadas
  27. pelo nosso hardware.
  28. Todos já experimentamos a frustração
    de um smartphone ou tablet antigo

  29. morrendo lentamente
    até parar ao longo do tempo
  30. sob o peso cada vez maior de atualizações
    de software e novos recursos.
  31. E eles funcionavam muito bem
    há pouco tempo quando os compramos.
  32. Mas os engenheiros de software esfomeados
    consumiram toda a capacidade de hardware
  33. ao longo do tempo.
  34. A indústria de semicondutores
    está muito ciente disso
  35. e está trabalhando em todo tipo
    de soluções criativas,
  36. como ir além dos transistores
    para a computação quântica
  37. ou mesmo trabalhando com transistores
    em arquiteturas alternativas,
  38. como redes neurais,
  39. para fazer circuitos
    mais robustos e eficientes.
  40. Mas essas abordagens levarão algum tempo
  41. e estamos procurando uma solução
    muito mais imediata para esse problema.
  42. A taxa de miniaturização
    de transistores está diminuindo

  43. devido à complexidade cada vez maior
    do processo de fabricação.
  44. O transistor costumava ser
    um dispositivo grande e volumoso,
  45. até a invenção do circuito integrado
  46. baseado em pastilhas
    de silício cristalino puro.
  47. E depois de 50 anos
    de desenvolvimento contínuo,
  48. podemos alcançar dimensões
    de recursos de transistores
  49. de até 10 nanômetros.
  50. Podemos encaixar mais
    de um bilhão de transistores
  51. em um único milímetro quadrado de silício.
  52. E para colocar isso em perspectiva:
  53. um fio de cabelo humano
    tem 100 mícrons de espessura.
  54. Um glóbulo vermelho,
    que é essencialmente invisível,
  55. tem oito mícrons de diâmetro
  56. e podemos colocar 12 na espessura
    de um fio de cabelo humano.
  57. Mas um transistor,
    em comparação, é muito menor,
  58. com uma pequena fração
    de um mícron de diâmetro.
  59. Podemos colocar mais de 260 transistores
  60. através de um único glóbulo vermelho
  61. ou mais de 3 mil na espessura
    de um fio de cabelo humano.
  62. É realmente incrível a nanotecnologia
    no nosso bolso nesse momento.
  63. E além do benefício óbvio
  64. de poder colocar mais transistores
    menores em um chip,
  65. transistores menores são
    interruptores mais rápidos
  66. e também mais eficientes.
  67. Então essa combinação nos deu

  68. o menor custo, maior desempenho
    e maior eficiência eletrônica
  69. que todos nós desfrutamos hoje.
  70. Para fabricar estes circuitos integrados,

  71. os transistores são construídos
    camada por camada,
  72. numa pastilha de silício cristalino puro.
  73. E em um sentido simplista,
  74. cada minúsculo recurso
    do circuito é projetado
  75. sobre a superfície da pastilha de silício,
  76. gravado em material sensível à luz
  77. e, em seguida, gravado através
    do material sensível à luz,
  78. para deixar o padrão
    nas camadas subjacentes.
  79. E este processo foi drasticamente
    melhorado ao longo dos anos
  80. para proporcionar o desempenho
    eletrônico que temos hoje.
  81. Mas conforme os recursos do transistor
    ficam cada vez menores,

  82. nos aproximamos das limitações físicas
  83. desta técnica de fabricação.
  84. Os sistemas mais recentes
    para fazer esse padrão
  85. tornaram-se tão complexos
  86. que custariam mais
    de US$ 100 milhões cada.
  87. E as fábricas de semicondutores
    contêm dezenas dessas máquinas.
  88. Então as pessoas estão questionando:
    esta abordagem é viável a longo prazo?
  89. Mas acreditamos que podemos
    fabricar os chips
  90. de uma maneira totalmente diferente
    e muito mais econômica
  91. usando engenharia molecular
    e imitando a natureza
  92. nas dimensões nanoscópicas
    de nossos transistores.
  93. Como eu disse, a manufatura convencional
    usa todos os recursos do circuito

  94. e projeta-o no silício.
  95. Mas se observarmos a estrutura
    de um circuito integrado,
  96. as matrizes dos transistores,
  97. muitas das funcionalidades
    são repetidas milhões de vezes.
  98. É uma estrutura altamente periódica.
  99. Então, queremos aproveitar
    essa periodicidade
  100. em nossa técnica
    de fabricação alternativa.
  101. Queremos usar materiais de automontagem
  102. para formar naturalmente
    as estruturas periódicas
  103. que precisamos para nossos transistores.
  104. Fazemos isso com os materiais,
  105. que, então, fazem o trabalho duro
    da padronização fina,
  106. ao invés de empurrar a tecnologia
    de projeção para seus limites e além.
  107. A automontagem é vista na natureza
    em muitos lugares diferentes,
  108. de membranas lipídicas
    a estruturas celulares,
  109. então sabemos que pode ser
    uma solução robusta.
  110. Se é bom o suficiente para a natureza,
    deve ser bom o suficiente para nós.
  111. Então, queremos pegar
    essa automontagem robusta e natural
  112. e usá-la para a fabricação
    de nossa tecnologia de semicondutores.
  113. Um tipo de material de automontagem,

  114. chamado de copolímero em bloco,
  115. consiste em duas cadeias poliméricas com
    umas dezenas de nanômetros de comprimento.
  116. Mas essas cadeias se odeiam.
  117. Elas se repelem,
  118. muito parecido com óleo e água
    ou meu filho e minha filha adolescentes.
  119. (Risos)

  120. Mas nós cruelmente os unimos,

  121. criando uma frustração inerente no sistema
  122. conforme eles tentam
    se separar um do outro.
  123. No material a granel, há bilhões deles,
  124. os componentes similares
    tentam ficar juntos
  125. e os componentes opostos tentam
    se separar um do outro, ao mesmo tempo.
  126. E isso tem uma frustração embutida,
    uma tensão no sistema.
  127. Ele se move, se contorce
    até que surge uma forma.
  128. E a forma natural de automontagem
    que surge é em nanoescala,
  129. é regular, periódica e de longo alcance,
  130. que é exatamente o que precisamos
    para nossas matrizes de transistores.
  131. Então podemos usar engenharia molecular

  132. para projetar diferentes formas
    de diferentes tamanhos
  133. e diferentes periodicidades.
  134. Por exemplo, se pegarmos
    uma molécula simétrica,
  135. em que as duas cadeias poliméricas
    são de comprimento semelhante,
  136. a estrutura automontada
    natural que é formada
  137. é uma linha longa e sinuosa
  138. parecida com uma impressão digital.
  139. A largura das linhas da impressão digital
  140. e a distância entre elas
  141. é determinada pelo comprimento
    de nossas cadeias poliméricas,
  142. mas também pelo nível
    de frustração embutida no sistema.
  143. E podemos até criar
    estruturas mais elaboradas

  144. se usarmos moléculas assimétricas,
  145. nas quais uma cadeia polimérica é
    significativamente mais curta que a outra.
  146. E a estrutura automontada
    que se forma neste caso
  147. está com as cadeias mais curtas
    formando uma bola apertada no meio,
  148. e é cercada por cadeias poliméricas
    mais longas e opostas,
  149. formando um cilindro natural.
  150. O tamanho deste cilindro
  151. e a distância entre os cilindros,
  152. a periodicidade,
  153. é determinado por quanto tempo
    fazemos as cadeias poliméricas
  154. e o nível de frustração embutida.
  155. Então, em outras palavras,
    estamos usando engenharia molecular

  156. para automontar estruturas em nanoescala
  157. que podem ser linhas ou cilindros do
    tamanho e periodicidade do nosso projeto.
  158. Usamos química, engenharia química,
  159. para fabricar os recursos em nanoescala
    que precisamos para nossos transistores.
  160. Mas a capacidade
    de automontar essas estruturas

  161. só nos leva até a metade do caminho,
  162. porque ainda precisamos
    posicionar essas estruturas
  163. onde queremos os transistores
    no circuito integrado.
  164. Mas podemos fazer isso
    com relativa facilidade
  165. usando estruturas de guia largas
  166. que fixam as estruturas automontadas,
  167. ancorando-as no lugar
  168. e forçando o resto
    das estruturas automontadas
  169. a ficarem em paralelo,
  170. alinhado-as com a nossa estrutura de guia.
  171. Por exemplo, se quisermos fazer
    uma linha fina de 40 nanômetros,
  172. que é muito difícil de fabricar
    com tecnologia de projeção convencional,
  173. podemos fabricar uma estrutura
    de guia de 120 nanômetros
  174. com tecnologia de projeção normal,
  175. e essa estrutura alinhará três
    das linhas de 40 nanômetros entre elas.
  176. Então os materiais estão fazendo
    o padrão fino mais difícil.
  177. Chamamos toda essa abordagem
    de "automontagem dirigida".

  178. O desafio da automontagem dirigida
  179. é que todo o sistema precisa
    se alinhar quase perfeitamente,
  180. porque qualquer defeitozinho na estrutura
    pode causar uma falha no transistor.
  181. E porque há bilhões
    de transistores em nosso circuito,
  182. precisamos de um sistema
    quase molecularmente perfeito.
  183. Mas estamos tomando medidas
    extraordinárias para alcançar isto,
  184. da limpeza de nossa química
  185. ao processamento cuidadoso dos materiais
  186. na fábrica de semicondutores
  187. para eliminar até mesmo
    os menores defeitos nanoscópicos.
  188. A automontagem dirigida
    é uma nova tecnologia inovadora,

  189. mas ainda está em fase de desenvolvimento.
  190. Estamos crescendo na confiança
    de que podemos, de fato, introduzi-la
  191. na indústria de semicondutores
  192. como um novo processo
    de fabricação revolucionário
  193. nos próximos anos.
  194. E se pudermos fazer isso,
    se formos bem-sucedidos,
  195. nós poderemos continuar
  196. com a miniaturização
    econômica de transistores,
  197. continuar com a espetacular
    expansão da computação
  198. e da revolução digital.
  199. E mais, isso poderia ser
    o alvorecer de uma nova era
  200. de fabricação molecular.
  201. Isso é muito legal, não é?
  202. Obrigado.

  203. (Aplausos)