A COMPUTAÇÃO DO SILÍCIO E SUAS ALTERNATIVAS

Por: Carlos Swamy Ferraz De Oliveira

A computação é uma ciência que tem uma base matemática e lógica sólidas. Já são conhecidos seus limites lógicos, como Gödel demonstrou matematicamente (sendo a sua afirmação tão abstrata que poucos se dão conta das consequências até hoje), e Turing demonstrou de forma mais palpável através de suas máquinas oráculo[1]. Dito isto, as tecnologias com as quais os computadores foram sendo construídos através dos tempos mudaram drasticamente. A aplicabilidade, poder de processamento e a disponibilidade dos dispositivos também mudaram drasticamente, moldando o mundo em que vivemos, como consequência.

No início, os primeiros computadores, com as funcionalidades mais gerais que conhecemos hoje (exceto o conceito de programa armazenável), eram eletromecânicos. Depois vieram os computadores à válvula, como o ENIAC, desenvolvido pelo exército americano em conjunto com os engenheiros J. Presper Eckert e John Mauchly[2]. Mas não foi antes da invenção do transistor (provavelmente a invenção com maior impacto na humanidade até os dias atuais), que os computadores realmente começaram a revolucionar a humanidade. A cada melhoria nos processos fabris utilizando tecnologia de semicondutores que aperfeiçoava a miniaturização, os computadores ficavam menores, mais poderosos, mais eficientes e mais baratos.

A computação através do silício transformou o mundo, mas como tudo na natureza, há limites sobre o que se pode ou não fazer, e nos dias atuais, estamos alcançando os limites físicos da miniaturização dos transistores. A TSMC, que fabrica os processadores da AMD, o faz utilizando uma tecnologia de 7 nanômetros[3], isto significa que um transistor ocupa uma área de 0,000000007 metros, e uma área menor que a de 70 átomos de silício. Este nível de miniaturização não pode ser mantido num médio prazo e sabendo disto, governos, organizações e milhares de cientistas e engenheiros ao redor do mundo já estão procurando alternativas.

Uma das alternativas mais exóticas, são os computadores de DNA[4]. Tais dispositivos diferem substancialmente dos computadores de silício. As moléculas de DNA conseguem seu resultado de processamento através de reações químicas, ao invés de impulsos elétricos. Assim sendo, podemos inferir que a velocidade de processamento é muito menor que a de um computador de silício. Uma simples reação química pode durar de alguns segundos a vários minutos. Porém, em um espaço de apenas uma gota de água podem existir trilhões de reações ocorrendo paralelamente. Isso quer dizer que em poucos minutos o processador de DNA seria capaz de realizar quantidade tal de processamento, superaria enormemente em tempo e capacidade os processadores de silício. Este tipo dispositivo, devido a tal característica, seria mais aplicável a problemas que requerem capacidade de processamento paralelo de forma massiva.

Uma alternativa menos exótica seria utilizar o grafeno no lugar do silício. O grafeno, uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, tem se mostrado uma grande promessa para uso em dispositivos eletrônicos, dado que os elétrons podem se mover através dela a velocidades extremamente altas. Isso ocorre porque se comportam como partículas relativísticas sem massa de repouso. Esta, e outras propriedades físicas e mecânicas peculiares, sugerem que este “material maravilhoso” poderá substituir o silício como material básico para a eletrônica podendo, inclusive, ser utilizado na fabricação de transistores mais rápidos do que qualquer outro hoje existente[5]. Hoje os processadores atingem frequências da ordem de 5 GHz, porém físicos especulam processadores com frequências na ordem de 100 GHz utilizando-se grafeno. Porém os estudos sobre o grafeno ainda engatinham em comparação com o silício, que já é bem estudado à várias décadas, e não se deve esperar qualquer disponibilização dessa tecnologia no curto-médio prazo.

Finalmente, uma alternativa que está chegando com muita força e está em evidência na mídia é a computação quântica. O uso mais extensivo das propriedades quânticas para codificar e processar a informação é capaz de elevar brutalmente a capacidade de processamento. Basicamente um qbit(ou bit quântico), é capaz de representar mais estados do que um bit clássico, operando numa base maior que a binária(>2), e portanto, sendo capaz de processar informação de forma exponencialmente mais rápida. Tal capacidade é tão disruptiva que não apenas empresas, mas também governos estão em uma verdadeira corrida tecnológica nesta tecnologia, que tem o potencial de mudar as relações de poder entre os países nesta nossa era da informação. Mas o contra é que o aparato necessário para controlar os qbits, envolve supercondutores e também temperaturas criogênicas, deixando os computadores quânticos indisponíveis às pessoas comuns, dada a tecnologia atual.

Em suma, embora os impactos de tecnologias substitutas ao silício na computação sejam considerados imensos, tais tecnologias ainda estão ou engatinhando ou serão inerentemente inacessíveis ao cidadão comum. E tal inacessibilidade talvez abra caminho para tecnologias híbridas entre o silício e outros materiais, potencialmente dando uma sobrevida ao silício como tecnologia dominante na computação.

Leituras Adicionais:
[1] Teoremas da incompletude de Gödel, disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Teoremas_da_incompletude_de_G%C3%B6del, acessado em 01/12/2019
[2] ENIAC, disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/ENIAC , acessado em 01/12/2019
[3] 7 nanômetros, disponível em https://en.wikipedia.org/wiki/7_nanometer , acessado em 01/12/2019
[4] DNA computing, acessível em https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_computing , acessado em 01/12/2019
[5] O grafeno bate mais um recorde : surge o transistor de 100 GHz. Acessível em http://lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/lqes_news/lqes_news_cit/lqes_news_2010/lqes_news_novidades_1390.html , acessado em 01/12/2019