Os chips de computador de montagem automática do futuro
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0:01 - 0:05Os computadores costumavam
ser do tamanho de uma sala. -
0:05 - 0:07Mas agora cabem no nosso bolso,
-
0:07 - 0:08no nosso pulso
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0:08 - 0:11e até podem ser implantados
dentro do nosso corpo. -
0:11 - 0:13Não é fantástico?
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0:13 - 0:17E isso é possível, graças
à miniaturização dos transístores, -
0:17 - 0:20que são os pequenos interruptores
nos circuitos -
0:20 - 0:22no coração dos nossos computadores.
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0:22 - 0:25Conseguimos isso graças
a décadas de desenvolvimento -
0:25 - 0:28e de avanços na ciência e na engenharia
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0:28 - 0:31e a milhares de milhões
de dólares em investimento. -
0:31 - 0:34Isso deu-nos
grandes quantidades de computação, -
0:34 - 0:36grande quantidade de memória
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0:36 - 0:41e a revolução digital que todos
experimentamos e apreciamos hoje. -
0:42 - 0:44Mas o problema
-
0:44 - 0:47é que estamos prestes a atingir
um obstáculo digital, -
0:48 - 0:50porque o ritmo de miniaturização
dos transístores -
0:50 - 0:53está a diminuir de velocidade.
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0:53 - 0:55Isso está a acontecer
exatamente na mesma altura -
0:55 - 0:59em que a inovação em "software"
continua incansavelmente -
0:59 - 1:03com a inteligência artificial
e os grandes volumes de dados. -
1:03 - 1:06Os nossos dispositivos
executam regularmente -
1:06 - 1:08o reconhecimento facial,
aumentam a nossa realidade -
1:08 - 1:13ou até mesmo dirigem carros
nas estradas traiçoeiras e caóticas. -
1:13 - 1:14É incrível!
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1:15 - 1:19Mas se não acompanharmos
o apetite do nosso "software", -
1:19 - 1:23podemos chegar a um ponto
no desenvolvimento da nossa tecnologia -
1:24 - 1:26em que as coisas que podíamos fazer
com o "software" -
1:26 - 1:29podem ficar limitadas pelo "hardware".
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1:29 - 1:34Todos nós já experimentámos a frustração
de um "smartphone" ou "tablet" antigos -
1:34 - 1:37a funcionar lentamente
até parar por completo -
1:37 - 1:41sob o peso crescente das atualizações
do "software" e de novos recursos. -
1:41 - 1:44Funcionavam muito bem
quando os comprámos, há pouco tempo. -
1:44 - 1:46Mas os famintos engenheiros de "software"
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1:46 - 1:49consumiram toda
a capacidade do "hardware" -
1:49 - 1:51ao longo do tempo.
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1:52 - 1:55A indústria de semicondutores
está plenamente consciente disso -
1:56 - 1:59e está a trabalhar em
todo o tipo de soluções criativas, -
1:59 - 2:04como passar dos transístores
para a computação quântica -
2:04 - 2:08ou mesmo trabalhar com transístores
com arquiteturas alternativas -
2:08 - 2:10como redes neurais
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2:10 - 2:13para tornar os circuitos
mais robustos e eficientes. -
2:13 - 2:17Mas essas abordagens
vão demorar um pouco -
2:17 - 2:21e estamos a procurar uma solução
muito mais imediata para este problema. -
2:23 - 2:28A razão por que o ritmo da miniaturização
dos transístores está a diminuir -
2:28 - 2:33é a crescente complexidade
do processo de fabrico. -
2:33 - 2:36O transístor costumava ser
um dispositivo grande e volumoso, -
2:36 - 2:40até à invenção do circuito integrado
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2:40 - 2:43à base de bolachas
de silício cristalino puro. -
2:43 - 2:46Ao fim de 50 anos
de desenvolvimento contínuo, -
2:46 - 2:49agora podemos fabricar transístores
-
2:49 - 2:52com uma dimensão até 10 nanómetros.
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2:52 - 2:55Podemos encaixar mais
de mil milhões de transístores -
2:55 - 2:59num só milímetro quadrado de silício.
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2:58 - 3:00Para colocar isto em perspetiva,
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3:00 - 3:04um cabelo humano tem
100 mícrones de diâmetro. -
3:04 - 3:07Um glóbulo vermelho,
que é praticamente invisível, -
3:07 - 3:08tem oito mícrones de diâmetro,
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3:08 - 3:12e podemos colocar 12 alinhados
na largura de um cabelo humano. -
3:12 - 3:16Mas um transístor,
em comparação, é muito menor, -
3:16 - 3:19com uma pequena fração
de um mícron de largura. -
3:19 - 3:23Podemos colocar mais de 260 transístores
-
3:23 - 3:25no diâmetro de um só glóbulo vermelho
-
3:25 - 3:30ou seja, mais de 3000
na largura de um cabelo humano. -
3:30 - 3:34É uma nanotecnologia espantosa
no nosso bolso. -
3:35 - 3:37Para além do benefício óbvio
-
3:37 - 3:42de poder colocar mais transístores
mais pequenos num "chip", -
3:42 - 3:46os transístores mais pequenos
são interruptores mais rápidos, -
3:46 - 3:50e os transístores mais pequenos
também são interruptores mais eficientes. -
3:51 - 3:53Essa combinação tem-nos dado
-
3:53 - 3:57menor custo, maior desempenho
e uma eletrónica de maior eficiência -
3:58 - 4:00de que todos desfrutamos hoje.
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4:02 - 4:05Para fabricar esses circuitos integrados,
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4:05 - 4:08os transístores são montados
camada a camada, -
4:08 - 4:11numa bolacha de silício cristalino puro.
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4:11 - 4:14Para dizê-lo de forma simples,
-
4:14 - 4:18cada pequena característica
do circuito é projetada -
4:18 - 4:20na superfície da bolacha de silicone
-
4:20 - 4:24e gravada numa camada
de material sensível à luz -
4:24 - 4:27e depois gravada através
do material sensível à luz -
4:27 - 4:30para deixar o padrão
nas camadas subjacentes. -
4:31 - 4:35Este processo tem melhorado
drasticamente ao longo dos anos -
4:35 - 4:38para dar à eletrónica
o desempenho que temos hoje. -
4:38 - 4:42Mas à medida que as características
do transístor diminuem, -
4:42 - 4:45estamos a aproximar-nos
das limitações físicas -
4:45 - 4:47desta técnica de fabrico.
-
4:49 - 4:52Os sistemas mais recentes
para realizar esse padrão -
4:52 - 4:54tornaram-se tão complexos
-
4:54 - 4:59que custam mais de 100 milhões
de dólares cada. -
4:59 - 5:03E as fábricas de semicondutores
possuem dezenas dessas máquinas. -
5:03 - 5:08Então, as pessoas estão a questionar
se esta abordagem é viável a longo prazo. -
5:08 - 5:12Acreditamos que podemos
fabricar os "chips" -
5:12 - 5:16de uma forma totalmente diferente
e muito mais económica, -
5:17 - 5:21usando a engenharia molecular
e imitando a natureza -
5:21 - 5:25à dimensão em nanoescala
dos nossos transístores. -
5:25 - 5:27Como eu disse, o fabrico convencional
-
5:27 - 5:30agarra em todas as pequenas
características do circuito -
5:30 - 5:32e projeta-as no silício.
-
5:33 - 5:36Mas se olharmos para a estrutura
de um circuito integrado, -
5:36 - 5:38para as matrizes do transístor,
-
5:38 - 5:41muitas das características
repetem-se milhões de vezes. -
5:41 - 5:44É uma estrutura altamente periódica.
-
5:44 - 5:47Então, queremos tirar partido
dessa periodicidade -
5:47 - 5:50na nossa técnica alternativa de fabrico.
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5:50 - 5:54Queremos usar materiais
de montagem automática -
5:54 - 5:57para formar naturalmente
as estruturas periódicas -
5:57 - 5:59de que precisamos para os transístores.
-
6:00 - 6:02Fazemos isso com os materiais,
-
6:02 - 6:06e depois os materiais fazem
o trabalho difícil do padrão fino, -
6:06 - 6:11em vez de empurrarem a tecnologia
de projeção para além do seu limite. -
6:12 - 6:16Vemos a automontagem na Natureza
em muitos lugares diferentes, -
6:16 - 6:19nas membranas lipídicas
nas estruturas celulares, -
6:19 - 6:22por isso sabemos que
pode ser uma solução robusta. -
6:22 - 6:26Se é bom para a Natureza,
deve ser bom para nós. -
6:27 - 6:31Queremos aproveitar esta automontagem
robusta que ocorre naturalmente -
6:31 - 6:35e usá-la para o fabrico
da nossa tecnologia de semicondutores. -
6:37 - 6:40Um tipo de material
de montagem automática -
6:40 - 6:43— chama-se copolímero em bloco —
-
6:43 - 6:45consiste em duas cadeias de polímeros
-
6:45 - 6:47só com umas dezenas
de nanómetros de comprimento. -
6:47 - 6:50Mas essas cadeias odeiam-se.
-
6:50 - 6:52Repelem-se, como o óleo e a água
-
6:53 - 6:55ou o meu filho
e a minha filha adolescentes. -
6:55 - 6:56(Risos)
-
6:56 - 6:59Mas nós unimo-las cruelmente,
-
6:59 - 7:02criando uma frustração
intrínseca no sistema, -
7:02 - 7:04enquanto tentam separar-se.
-
7:05 - 7:08Nesta matéria prima,
há milhares de milhões destas cadeias, -
7:08 - 7:11e as cadeias semelhantes
tentam manter-se juntas -
7:11 - 7:14e as cadeias opostas
tentam separar-se umas das outras -
7:14 - 7:16tudo ao mesmo tempo.
-
7:16 - 7:19Isso provoca uma frustração interna,
uma tensão no sistema. -
7:19 - 7:24Elas deslocam-se, retorcem-se
até se criar uma forma. -
7:24 - 7:28Essa forma automontada natural
que se forma à nanoescala, -
7:28 - 7:32é regular, é periódica,
e a longo prazo, -
7:32 - 7:34o que é exatamente
aquilo de que precisamos -
7:34 - 7:37para as matrizes do transístor.
-
7:37 - 7:40Assim, podemos usar
a engenharia molecular -
7:40 - 7:43para projetar formas diversas
de tamanhos diferentes -
7:43 - 7:45e de diferentes periodicidades.
-
7:45 - 7:48Por exemplo, se tomarmos
uma molécula simétrica, -
7:48 - 7:51em que as duas cadeias de polímeros
têm o mesmo comprimento, -
7:51 - 7:54a estrutura automontada
que se forma naturalmente -
7:54 - 7:57é uma linha longa e sinuosa,
-
7:57 - 7:59muito parecida
com uma impressão digital. -
7:59 - 8:01E a largura das linhas
dessa impressão digital -
8:01 - 8:03e a distância entre elas
-
8:03 - 8:07são determinadas pelo comprimento
das cadeias de polímeros -
8:07 - 8:11mas também pelo nível
da frustração interna do sistema. -
8:11 - 8:14Até podemos criar
estruturas mais elaboradas -
8:15 - 8:19se usarmos moléculas assimétricas,
-
8:19 - 8:21em que uma cadeia de polímeros
-
8:21 - 8:24é significativamente
mais curta que a outra. -
8:24 - 8:26A estrutura automontada
que se forma neste caso -
8:26 - 8:30constitui uma bola apertada
com as correntes curtas no meio, -
8:30 - 8:34cercada pelas cadeias de polímeros
opostas, mais compridas, -
8:34 - 8:36formando um cilindro natural.
-
8:37 - 8:39O tamanho deste cilindro
-
8:39 - 8:43e a distância entre
os cilindros, a periodicidade, -
8:43 - 8:47são de novo determinados pelo comprimento
que damos às cadeias de polímeros -
8:47 - 8:49e pelo nível de frustração interna.
-
8:50 - 8:54Por outras palavras, estamos a usar
a engenharia molecular -
8:54 - 8:57para automontar estruturas à nanoescala
-
8:57 - 8:59que podem ser linhas ou cilindros
-
8:59 - 9:02com o tamanho e a periodicidade
do nosso "design". -
9:02 - 9:06Estamos a usar a química,
a engenharia química, -
9:06 - 9:11para fabricar as características
necessárias para os transístores. -
9:14 - 9:18Mas a capacidade
de automontar essas estruturas -
9:18 - 9:20só nos leva a meio do caminho,
-
9:20 - 9:23porque ainda precisamos
de posicionar essas estruturas -
9:23 - 9:27onde queremos os transístores
no circuito integrado. -
9:27 - 9:30Mas podemos fazer isso
com relativa facilidade -
9:30 - 9:37usando largas estruturas guias
que fixam as estruturas automontadas, -
9:37 - 9:39prendendo-as no seu lugar
-
9:39 - 9:42e forçando o resto
das estruturas automontadas -
9:42 - 9:43a manterem-se em paralelo,
-
9:43 - 9:46alinhadas com a nossa estrutura guia.
-
9:47 - 9:51Por exemplo, se quisermos fazer
uma linha fina de 40 nanómetros, -
9:51 - 9:56que é muito difícil de fabricar
com a tecnologia de projeção convencional, -
9:56 - 10:01podemos fabricar
uma estrutura guia de 120 nanómetros -
10:01 - 10:04com a tecnologia de projeção normal,
-
10:04 - 10:10e essa estrutura alinhará três
das linhas de 40 nanómetros no meio. -
10:10 - 10:15Então, são os materiais que fazem
o trabalho mais difícil. -
10:16 - 10:20Chamamos a toda esta abordagem
"automontagem dirigida". -
10:22 - 10:24O problema da automontagem dirigida
-
10:24 - 10:29é que todo o sistema
precisa de alinhar quase perfeitamente, -
10:29 - 10:32porque qualquer pequeno defeito
na estrutura -
10:32 - 10:34pode causar a falha do transístor.
-
10:34 - 10:37E como há milhares de milhões
de transístores no nosso circuito, -
10:37 - 10:41precisamos de um sistema
quase molecularmente perfeito. -
10:41 - 10:43Mas estamos a fazer
esforços extraordinários -
10:43 - 10:45para conseguir isso,
-
10:45 - 10:47seja a limpeza da nossa química
-
10:47 - 10:50seja o processamento cuidadoso
destes materiais -
10:50 - 10:51na fábrica de semicondutores
-
10:51 - 10:56para remover os mais pequenos
defeitos nanoscópicos. -
10:57 - 11:03A automontagem dirigida é uma tecnologia
revolucionária, promissora, -
11:03 - 11:05mas ainda está na fase de desenvolvimento.
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11:06 - 11:10Mas cada vez temos mais confiança
de que podemos apresentá-la -
11:10 - 11:11à indústria de semicondutores
-
11:11 - 11:14como um novo processo
revolucionário de fabrico -
11:14 - 11:17nos próximos anos.
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11:17 - 11:20Se pudermos fazer isso,
se tivermos sucesso, -
11:20 - 11:22poderemos continuar
-
11:22 - 11:25com a miniaturização de transístores,
económica e eficiente, -
11:25 - 11:29continuar com a expansão
espetacular da computação -
11:29 - 11:31e a revolução digital.
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11:31 - 11:34Além do mais, isso até pode ser
o alvorecer de uma nova era -
11:34 - 11:36de fabrico molecular.
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11:36 - 11:38Não é fantástico?
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11:39 - 11:40Obrigado.
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11:40 - 11:43(Aplausos)
- Title:
- Os chips de computador de montagem automática do futuro
- Speaker:
- Karl Skjonnemand
- Description:
-
Os transístores que alimentam o telefone no vosso bolso são inimaginavelmente pequenos: vocês podem colocar mais de 3000 na largura de um cabelo humano. Mas, para acompanhar as inovações em áreas como o reconhecimento facial e a realidade aumentada, precisamos de aumentar o poder de computação dos "chips" dos computadores — e estamos a ficar sem espaço. Nesta palestra visionária do futuro, o desenvolvedor de tecnologia Karl Skjonnemand apresenta uma maneira radicalmente nova de criar "chips". "Isto pode ser o início de uma nova era do fabrico molecular", diz Skjonnemand.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 11:57
Margarida Ferreira approved Portuguese subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
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Margarida Ferreira edited Portuguese subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
David Serrano Jurado edited Portuguese subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Lidia Cámara de la Fuente edited Portuguese subtitles for The self-assembling computer chips of the future |