Ferroelétricos: por que eles podem mudar o futuro dos processadores
Autor: L-REX | Publicado: 2011-10-02T14:10:00-07:00


Ferroelétricos: por que eles podem mudar o futuro dos processadoresCompreenda os benefícios da introdução de novos materiais e da reestruturação nos transistores que possibilitarão um rumo diferente às CPUs.

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Depois de alternativas com grafeno, estudos para evolução da computação quântica e outras tantas opções para alterar a evolução dos processadores, surge uma ideia para aproveitar a atual tecnologia, driblando alguns obstáculos que restringem o desempenho das CPUs.
Estamos falando dos materiais ferroelétricos, os quais estão em estudo há alguns anos, mas que somente agora apresentaram perspectivas positivas e animadoras para um futuro promissor. As novidades não representam a introdução imediata desses materiais, mas as notícias em torno do assunto podem se concretizar.
&nbsp;(Fonte da imagem:&nbsp;Divulgação/AMD)Pensando na amplitude do tema, elaboramos um artigo para mostrar a você um pouco sobre os materiais ferroelétricos. Mas antes de falar sobre os experimentos recentes, é válido fazer alguns comentários sobre o atual quadro das CPUs e o porquê da necessidade de uma evolução no setor.
Evolução dependente de quantidadeCaso você não saiba o que é um transistor, nós explicamos. Eles são componentes eletrônicos que funcionam como chaves de liga-desliga, as quais geram os “0” e “1” do sistema binário de computador. E, segundo a Lei de Moore, o número de transistores nos processadores dobra a cada 24 meses.
A afirmação de Mason Moore faz sentido até os dias presentes, tanto que a quantidade subiu de alguns milhares para bilhões. Ocorre, no entanto, que os aspectos de funcionamento do transistor mantiveram-se quase intactos na última década. Os cientistas não conseguiram desenvolver novas tecnologias ou recursos para diminuir a tensão nos transistores.
Com isso, os transistores ainda exigem 1 V, aquecendo pouco menos que os que eram usados há dez anos e consumindo grande quantidade de energia. Assim, se observarmos a evolução dos processadores, notamos claramente que o que evoluiu não foi o componente interno, mas sim o método de construção (com a aplicação da nanotecnologia) e as arquiteturas — que aproveitaram melhor a organização e relação entre transistores.
E aqui entra mais um problema nessa evolução estagnada: a temperatura. Apesar de os transistores atuais contarem com tecnologia mais avançada, eles funcionam em frequências absurdamente altas. Assim, acontece o que é previsto: quanto maior a velocidade, mais calor é gerado. E temos de lembrar que as fabricantes colocam cada vez mais transistores numa mesma área, de modo que a temperatura sobe cada vez mais.
Para escapar um pouco do problema, as fabricantes pararam de investir no aumento da frequência e começaram a focar em núcleos (e threads). Por um tempo isso foi suficiente, contudo, anúncios recentes cogitam CPUs de dez núcleos para o próximo ano, o que nos leva a uma questão: será que essa solução vai ser eficiente por muito tempo? Talvez não.
Avanços nos EUAA chave para a evolução dos processadores já é bem conhecida: aumentar a eficiência de energia dos processadores. Entretanto, o grande empecilho está numa pequena dúvida: como fazer isso? A resposta parece estar próxima – ao menos é o que indica uma notícia recente.
No último dia 12 de setembro, engenheiros da Universidade da Califórnia (em Berkeley, CA, EUA) mostraram que é possível reduzir a tensão mínima necessária para armazenar carga em um capacitor (componente essencial na informática, que atua em conjunto com transistores). Tal avanço deve garantir uma redução significativa no consumo de energia e na geração de calor dos dispositivos eletrônicos dotados de capacitores.
&nbsp;(Fonte da imagem:&nbsp;Divulgação/University of California, Berkeley)A demonstração inédita, que combinou um capacitor feito de um material ferroelétrico com um dielétrico (um isolador elétrico), deu resultados positivos. A carga acumulada nesse componente em uma dada voltagem pode ser amplificada, um fenômeno chamado de capacitância negativa. O experimento possibilitará que cientistas invistam em estudos para a evolução dos transistores.
Só para esclarecer, os materiais ferroelétricos são capazes de guardar carga elétrica (tanto positiva quanto negativa), mesmo que nenhuma tensão seja aplicada sobre eles. E mais, a polarização elétrica deles pode ser revertida , com a aplicação de um campo de eletricidade externa. Trocando em miúdos: eles são ideais para armazenar energia de qualquer tipo e fornecer para outros componentes.
É preciso encontrar uma soluçãoApesar de os pesquisadores envolvidos no experimento teorizarem que o progresso nos capacitores pode trazer um avanço nos transistores, nada está garantido. Segundo o documento oficial da Universidade da Califórnia, a ideia é incorporar materiais ferroelétricos na construção dos transistores, de modo que os componentes trabalhariam com grande quantidade de energia usando tensões baixas.
Os cientistas pensam que os ferroelétricos terão grandes chances de reduzir o consumo de energia e, consequentemente, a temperatura dos transistores. O material usado pela Universidade da Califórnia mostra que os feitos obtidos na experiência são notáveis, ainda que a temperatura seja 200 ºC (acima dos 70 ºC suportado pelos processadores atuais).
Vale frisar que a pesquisa dos envolvidos nesse estudo não parou. Eles estão dando continuidade ao projeto, realizando experiências para averiguar um novo material ferroelétrico que possibilite aproveitar a capacitância negativa nos transistores. Claro, se o avanço nessa pesquisa não der certo, outra solução deverá ser encontrada, afinal, a evolução da informática não pode parar.
Enquanto isso...Até que algo de inovador apareça nos processadores, podemos esperar a introdução dos materiais ferroelétricos em outros produtos. As aplicações iniciais incluem memórias DRAM, dispositivos de armazenamento (SSD), supercapacitores para instalação em carros elétricos e capacitores robustos para usar em aparelhos transmissores de ondas de rádio.


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