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← Os chips de computador de montagem automática do futuro

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Showing Revision 7 created 06/15/2020 by Margarida Ferreira.

  1. Os computadores costumavam
    ser do tamanho de uma sala.
  2. Mas agora cabem no nosso bolso,
  3. no nosso pulso
  4. e até podem ser implantados
    dentro do nosso corpo.
  5. Não é fantástico?
  6. E isso é possível, graças
    à miniaturização dos transístores,
  7. que são os pequenos interruptores
    nos circuitos
  8. no coração dos nossos computadores.
  9. Conseguimos isso graças
    a décadas de desenvolvimento
  10. e de avanços na ciência e na engenharia
  11. e a milhares de milhões
    de dólares em investimento.
  12. Isso deu-nos
    grandes quantidades de computação,
  13. grande quantidade de memória
  14. e a revolução digital que todos
    experimentamos e apreciamos hoje.
  15. Mas o problema

  16. é que estamos prestes a atingir
    um obstáculo digital,
  17. porque o ritmo de miniaturização
    dos transístores
  18. está a diminuir de velocidade.
  19. Isso está a acontecer
    exatamente na mesma altura
  20. em que a inovação em "software"
    continua incansavelmente
  21. com a inteligência artificial
    e os grandes volumes de dados.
  22. Os nossos dispositivos
    executam regularmente
  23. o reconhecimento facial,
    aumentam a nossa realidade
  24. ou até mesmo dirigem carros
    nas estradas traiçoeiras e caóticas.
  25. É incrível!
  26. Mas se não acompanharmos
    o apetite do nosso "software",
  27. podemos chegar a um ponto
    no desenvolvimento da nossa tecnologia
  28. em que as coisas que podíamos fazer
    com o "software"
  29. podem ficar limitadas pelo "hardware".
  30. Todos nós já experimentámos a frustração
    de um "smartphone" ou "tablet" antigos

  31. a funcionar lentamente
    até parar por completo
  32. sob o peso crescente das atualizações
    do "software" e de novos recursos.
  33. Funcionavam muito bem
    quando os comprámos, há pouco tempo.
  34. Mas os famintos engenheiros de "software"
  35. consumiram toda
    a capacidade do "hardware"
  36. ao longo do tempo.
  37. A indústria de semicondutores
    está plenamente consciente disso
  38. e está a trabalhar em
    todo o tipo de soluções criativas,
  39. como passar dos transístores
    para a computação quântica
  40. ou mesmo trabalhar com transístores
    com arquiteturas alternativas
  41. como redes neurais
  42. para tornar os circuitos
    mais robustos e eficientes.
  43. Mas essas abordagens
    vão demorar um pouco
  44. e estamos a procurar uma solução
    muito mais imediata para este problema.
  45. A razão por que o ritmo da miniaturização
    dos transístores está a diminuir

  46. é a crescente complexidade
    do processo de fabrico.
  47. O transístor costumava ser
    um dispositivo grande e volumoso,
  48. até à invenção do circuito integrado
  49. à base de bolachas
    de silício cristalino puro.
  50. Ao fim de 50 anos
    de desenvolvimento contínuo,
  51. agora podemos fabricar transístores
  52. com uma dimensão até 10 nanómetros.
  53. Podemos encaixar mais
    de mil milhões de transístores
  54. num só milímetro quadrado de silício.
  55. Para colocar isto em perspetiva,
  56. um cabelo humano tem
    100 mícrones de diâmetro.
  57. Um glóbulo vermelho,
    que é praticamente invisível,
  58. tem oito mícrones de diâmetro,
  59. e podemos colocar 12 alinhados
    na largura de um cabelo humano.
  60. Mas um transístor,
    em comparação, é muito menor,
  61. com uma pequena fração
    de um mícron de largura.
  62. Podemos colocar mais de 260 transístores
  63. no diâmetro de um só glóbulo vermelho
  64. ou seja, mais de 3000
    na largura de um cabelo humano.
  65. É uma nanotecnologia espantosa
    no nosso bolso.
  66. Para além do benefício óbvio
  67. de poder colocar mais transístores
    mais pequenos num "chip",
  68. os transístores mais pequenos
    são interruptores mais rápidos,
  69. e os transístores mais pequenos
    também são interruptores mais eficientes.
  70. Essa combinação tem-nos dado

  71. menor custo, maior desempenho
    e uma eletrónica de maior eficiência
  72. de que todos desfrutamos hoje.
  73. Para fabricar esses circuitos integrados,

  74. os transístores são montados
    camada a camada,
  75. numa bolacha de silício cristalino puro.
  76. Para dizê-lo de forma simples,
  77. cada pequena característica
    do circuito é projetada
  78. na superfície da bolacha de silicone
  79. e gravada numa camada
    de material sensível à luz
  80. e depois gravada através
    do material sensível à luz
  81. para deixar o padrão
    nas camadas subjacentes.
  82. Este processo tem melhorado
    drasticamente ao longo dos anos
  83. para dar à eletrónica
    o desempenho que temos hoje.
  84. Mas à medida que as características
    do transístor diminuem,

  85. estamos a aproximar-nos
    das limitações físicas
  86. desta técnica de fabrico.
  87. Os sistemas mais recentes
    para realizar esse padrão
  88. tornaram-se tão complexos
  89. que custam mais de 100 milhões
    de dólares cada.
  90. E as fábricas de semicondutores
    possuem dezenas dessas máquinas.
  91. Então, as pessoas estão a questionar
    se esta abordagem é viável a longo prazo.
  92. Acreditamos que podemos
    fabricar os "chips"
  93. de uma forma totalmente diferente
    e muito mais económica,
  94. usando a engenharia molecular
    e imitando a natureza
  95. à dimensão em nanoescala
    dos nossos transístores.
  96. Como eu disse, o fabrico convencional

  97. agarra em todas as pequenas
    características do circuito
  98. e projeta-as no silício.
  99. Mas se olharmos para a estrutura
    de um circuito integrado,
  100. para as matrizes do transístor,
  101. muitas das características
    repetem-se milhões de vezes.
  102. É uma estrutura altamente periódica.
  103. Então, queremos tirar partido
    dessa periodicidade
  104. na nossa técnica alternativa de fabrico.
  105. Queremos usar materiais
    de montagem automática
  106. para formar naturalmente
    as estruturas periódicas
  107. de que precisamos para os transístores.
  108. Fazemos isso com os materiais,
  109. e depois os materiais fazem
    o trabalho difícil do padrão fino,
  110. em vez de empurrarem a tecnologia
    de projeção para além do seu limite.
  111. Vemos a automontagem na Natureza
    em muitos lugares diferentes,
  112. nas membranas lipídicas
    nas estruturas celulares,
  113. por isso sabemos que
    pode ser uma solução robusta.
  114. Se é bom para a Natureza,
    deve ser bom para nós.
  115. Queremos aproveitar esta automontagem
    robusta que ocorre naturalmente
  116. e usá-la para o fabrico
    da nossa tecnologia de semicondutores.
  117. Um tipo de material
    de montagem automática

  118. — chama-se copolímero em bloco —
  119. consiste em duas cadeias de polímeros
  120. só com umas dezenas
    de nanómetros de comprimento.
  121. Mas essas cadeias odeiam-se.
  122. Repelem-se, como o óleo e a água
  123. ou o meu filho
    e a minha filha adolescentes.
  124. (Risos)

  125. Mas nós unimo-las cruelmente,

  126. criando uma frustração
    intrínseca no sistema,
  127. enquanto tentam separar-se.
  128. Nesta matéria prima,
    há milhares de milhões destas cadeias,
  129. e as cadeias semelhantes
    tentam manter-se juntas
  130. e as cadeias opostas
    tentam separar-se umas das outras
  131. tudo ao mesmo tempo.
  132. Isso provoca uma frustração interna,
    uma tensão no sistema.
  133. Elas deslocam-se, retorcem-se
    até se criar uma forma.
  134. Essa forma automontada natural
    que se forma à nanoescala,
  135. é regular, é periódica,
    e a longo prazo,
  136. o que é exatamente
    aquilo de que precisamos
  137. para as matrizes do transístor.
  138. Assim, podemos usar
    a engenharia molecular

  139. para projetar formas diversas
    de tamanhos diferentes
  140. e de diferentes periodicidades.
  141. Por exemplo, se tomarmos
    uma molécula simétrica,
  142. em que as duas cadeias de polímeros
    têm o mesmo comprimento,
  143. a estrutura automontada
    que se forma naturalmente
  144. é uma linha longa e sinuosa,
  145. muito parecida
    com uma impressão digital.
  146. E a largura das linhas
    dessa impressão digital
  147. e a distância entre elas
  148. são determinadas pelo comprimento
    das cadeias de polímeros
  149. mas também pelo nível
    da frustração interna do sistema.
  150. Até podemos criar
    estruturas mais elaboradas

  151. se usarmos moléculas assimétricas,
  152. em que uma cadeia de polímeros
  153. é significativamente
    mais curta que a outra.
  154. A estrutura automontada
    que se forma neste caso
  155. constitui uma bola apertada
    com as correntes curtas no meio,
  156. cercada pelas cadeias de polímeros
    opostas, mais compridas,
  157. formando um cilindro natural.
  158. O tamanho deste cilindro
  159. e a distância entre
    os cilindros, a periodicidade,
  160. são de novo determinados pelo comprimento
    que damos às cadeias de polímeros
  161. e pelo nível de frustração interna.
  162. Por outras palavras, estamos a usar
    a engenharia molecular

  163. para automontar estruturas à nanoescala
  164. que podem ser linhas ou cilindros
  165. com o tamanho e a periodicidade
    do nosso "design".
  166. Estamos a usar a química,
    a engenharia química,
  167. para fabricar as características
    necessárias para os transístores.
  168. Mas a capacidade
    de automontar essas estruturas

  169. só nos leva a meio do caminho,
  170. porque ainda precisamos
    de posicionar essas estruturas
  171. onde queremos os transístores
    no circuito integrado.
  172. Mas podemos fazer isso
    com relativa facilidade
  173. usando largas estruturas guias
    que fixam as estruturas automontadas,
  174. prendendo-as no seu lugar
  175. e forçando o resto
    das estruturas automontadas
  176. a manterem-se em paralelo,
  177. alinhadas com a nossa estrutura guia.
  178. Por exemplo, se quisermos fazer
    uma linha fina de 40 nanómetros,
  179. que é muito difícil de fabricar
    com a tecnologia de projeção convencional,
  180. podemos fabricar
    uma estrutura guia de 120 nanómetros
  181. com a tecnologia de projeção normal,
  182. e essa estrutura alinhará três
    das linhas de 40 nanómetros no meio.
  183. Então, são os materiais que fazem
    o trabalho mais difícil.
  184. Chamamos a toda esta abordagem
    "automontagem dirigida".

  185. O problema da automontagem dirigida
  186. é que todo o sistema
    precisa de alinhar quase perfeitamente,
  187. porque qualquer pequeno defeito
    na estrutura
  188. pode causar a falha do transístor.
  189. E como há milhares de milhões
    de transístores no nosso circuito,
  190. precisamos de um sistema
    quase molecularmente perfeito.
  191. Mas estamos a fazer
    esforços extraordinários
  192. para conseguir isso,
  193. seja a limpeza da nossa química
  194. seja o processamento cuidadoso
    destes materiais
  195. na fábrica de semicondutores
  196. para remover os mais pequenos
    defeitos nanoscópicos.
  197. A automontagem dirigida é uma tecnologia
    revolucionária, promissora,

  198. mas ainda está na fase de desenvolvimento.
  199. Mas cada vez temos mais confiança
    de que podemos apresentá-la
  200. à indústria de semicondutores
  201. como um novo processo
    revolucionário de fabrico
  202. nos próximos anos.
  203. Se pudermos fazer isso,
    se tivermos sucesso,
  204. poderemos continuar
  205. com a miniaturização de transístores,
    económica e eficiente,
  206. continuar com a expansão
    espetacular da computação
  207. e a revolução digital.
  208. Além do mais, isso até pode ser
    o alvorecer de uma nova era
  209. de fabrico molecular.
  210. Não é fantástico?
  211. Obrigado.

  212. (Aplausos)