Futuro processador da IBM e Samsung promete smartphones com autonomia de uma semana

Recentemente, a IBM e a Samsung anunciaram uma parceria para a produção de uma nova arquitetura de semicondutores. Esta troca a tradicional disposição horizontal na superfície de silício, conhecido como MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) para um agrupamento vertical, batizado de VTFET (Vertical Transport Field Effect Transistors). Nesta nova composição, os transístores ficam agrupados de forma perpendicular entre si, fazendo a energia fluir de forma vertical.

Huiming Bu, vice-presidente das operações da tecnologia em cloud híbrida da IBM Research, explicou ao SAPO TEK que a nova tecnologia pode ser um “game changer” na indústria. O sistema vertical oferece um alívio no agrupamento dos componentes ao desacoplar funcionalidades-chave dos equipamentos, escalando bloqueios impostos pela disposição lateral dos transístores dos atuais MOSFETs. Dessa forma, será possível ultrapassar as limitações de performance atuais.

Em termos práticos, existem vantagens claras na tecnologia, que ainda está em fase de investigação. Estima-se que o sistema vai desperdiçar menos energia, uma vez que permite uma corrente mais fluída. A IBM e a Samsung estimam que os processadores assentes na arquitetura VTFET podem ser duas vezes mais rápidas ou, caso seja necessário, diminuir em 85% a energia utilizada pelos transístores atuais.

Visão aproximada de um transístor de uma nanofolha numa arquitetura VTFET. créditos: CONNIE ZHOU

Os investigadores afirmam que um smartphone alimentado por VTFET vai ter uma autonomia de uma semana com apenas uma carga, uma vez que os chips consomem muito menos energia que os atuais. Outro exemplo dado diz respeito à mineração das criptomedas, que com os novos chips podem requerer menos energia e ter uma menor pegada carbónica. Estima-se que a mineração da Bitcoin consuma 115 TWh por ano, mais do que o consumo anual da Holanda, e com a arquitetura VTFET o valor seja bem inferior, pela sua eficiência energética, diminuindo o impacto no ambiente.

Espera ainda que a nova arquitetura possa diminuir o consumo de energia nos ecossistemas Internet of Things e equipamentos de ponta. Os veículos autónomos e a indústria espacial são outros exemplos que poderão beneficiar com a nova tecnologia.

Um dos pontos que mais está a entusiasmar os investigadores diz respeito à continuidade da Lei de Moore para lá da nanofolha (nanosheet). Esta regra foi imortalizada pelo presidente da Intel Gordon Moore em 1965, referindo que a quantidade de transístores que poderiam ser colocados numa mesma área seria suplicada a cada 18 meses, mantendo-se o mesmo custo de fabricação.

Segundo Huiming Bu, os desafios nas últimas cinco ou seis décadas de escalar as dimensões físicas do MOSFET nunca foram tão desafiantes como atualmente, justificando a razão de só agora ser apresentado uma solução vertical. “Está agora a chegar tanto a uma barreira física de como um transístor pode ser fabricado e a parede de como um transístor pode operar na arquitetura horizontal”.

O investigador explica que os VTFETs vão redefinir por completo como vamos construir um MOSFET, enquanto se aventuram em “regimes sub 40 nm CGP (contacted gate pitch)” para que os equipamentos continuem a escalar. “A necessidade de VTFETs vai tornar-se mais aparente e especialmente em futuros nós por detrás das nanofolhas”.

Huiming Bu, Hybrid Cloud Technology Research & Albany Operation da IBM Research.

Para que se compare a quantidade de transístores entre um chip baseado em MOSFET e VTFET, recentemente, a IBM anunciou um chip com um design de 2 nm, onde cabem 50 mil milhões de transístores num espaço do tamanho de uma unha do dedo. “Prevemos que com a arquitetura VTFET será possível ligar 80-100 mil milhões de transístores no mesmo design do chip”, ou seja, quase o dobro dos padrões atuais. E segundo o investigador, essa duplicação de performance deve-se à possibilidade de individualmente afinar os parâmetros críticos do dispositivo, sem aumentar o CGP.

Questionado se a nova tecnologia VTFET significaria também microprocessadores mais baratos para uso público, o investigador salienta que este anúncio corresponde a uma investigação de tecnologia, sendo demasiado cedo para prever o custo dos microprocessadores baseados nesta arquitetura. No entanto, é expetável que a tecnologia siga modelos de custo de adoção similares para as arquiteturas adotadas pela indústria de semicondutores no passado.

Para além da IBM e Samsung, também a Intel está a investigar nova tecnologia para a sua futura arquitetura. Mas o investigador realça que são duas tecnologias diferentes. O sistema VTFET anunciado “foca-se numa arquitetura revolucionária para equipamentos que vai permitir uma maior performance e diminuir o consumo de energia com grande densidade de embalagem do circuito. O anúncio da Intel focou-se em utilizar as tecnologias atuais FET e a empilhar os chips”.  Huiming Bu conclui que também os VTFETs podem ser empilhados no seu conceito, mas ainda não adiantaram detalhes sobre isso neste seu anúncio da nova tecnologia.