Estamos chegando ao fim da Lei de Moore?

Por Pedro Cipoli | 06.03.2016 às 13:05

Se 4 ou 5 anos já pode ser considerado um tempo enorme quando falamos de tecnologia, o fato de que a Lei de Moore tenha funcionado por mais de 50 anos chega a ser surpreendente. Não se trata de uma Lei, propriamente, mas sim uma espécie de guia (“profecia auto-realizável” seria um termo mais correto) seguido pelos principais fabricantes de semicondutores na hora de projetar seus chips, e tem funcionado muito bem até hoje. Já exploramos o que é a Lei de Moore em um artigo dedicado ao tema, já que ela praticamente moldou a forma como nossos computadores, tablets e até mesmo smartphones funcionam.

Mas parece que essa Lei está chegando ao fim; e por vários motivos, o que acabará resultando em um foco maior em eficiência energética em vez de poder de processamento, além de uma mudança na relação entre software e hardware como conhecemos hoje. Vamos entender melhor isso nas próximas linhas.

Limites físicos e econômicos

Resumidamente, a Lei de Moore diz que a capacidade de transistores dos processadores dobra a cada 18 meses. Geralmente, mais transistores significa mais desempenho e, até um certo momento, menos calor dissipado. É uma forma bem reducionista de explicá-la, mas nos serve como um bom ponto de partida. Porém, essa miniaturização de transistores já demonstra sinais de estar chegando ao fim, já que o silício, principal componente, começa a perder suas propriedades físicas. Mais do que isso, reduzir progressivamente a litografia está se mostrando exponencialmente mais caro. E complicado.

Lei de Moore

Na data de publicação deste artigo, a geração Skylake de processadores Intel é a família mais recente, representando o que há de melhor e mais moderno na indústria. São construídos em um processo de fabricação de 14 nanômetros, assim como a geração imediatamente anterior (Broadwell) e trazem embarcado as principais tecnologias da empresa, como o SpeedStep. Para chegar até aqui, a Intel enfrentou algumas dificuldades, como a necessidade de adotar “transistores 3D” e diversos atrasos para anunciar o Broadwell, mostrando que a redução de 22 nanômetros para 14 nanômetros foi mais difícil do que a empresa previu inicialmente.

Já é praticamente confirmado que a próxima geração Cannonlake (7ª geração), com 10 nanômetros, chegará em 2017, não sem dificuldades ou de forma barata, assim como a oitava geração, que também fará uso de uma litografia de 10 nanômetros. O próximo passo esperado seria os 7 nanômetros, e a IBM já fez avanços na área, ainda que não tenha anunciado um processador deste tipo. No entanto, processadores com litografias ainda menores devem ser estáveis, algo que está se mostrando cada vez mais difícil, além de aumentar a dissipação de calor.

Skylake

Este pode não ser um problema tão grande em desktops ou mesmo notebooks, que trazem soluções de refrigeração ativa, mas é, certamente, um problema em smartphones e tablets. Além de usarem refrigeração passiva, tem pouquíssimo espaço para dissipar calor. Ou seja, os investimentos necessários estão aumentando enquanto os resultados práticos estão ficando cada vez menores, o que exige uma mudança de abordagem.

Novo foco e tecnologias

A Intel, dominante da indústria há vários anos, pretende resolver essa situação com duas frentes, uma estratégica e outra tecnológica. A primeira delas trata da forma como os processadores são projetados. Até o momento, novas gerações eram projetadas para serem mais rápidas, enquanto o software se adaptava a esse desempenho extra. Primeiro cria-se o processador e depois adapta-se o software, algo que vinha funcionando bem. Agora a Intel pretende inverter esse processo: o software existente já funciona de uma determinada forma, e cabe ao processador otimizar o seu funcionamento.

Lei de Moore

Em termos práticos, isso significa uma análise das necessidades do software para adequar a quantidade de núcleos internos, sua frequência de operação, quantidade e distribuição de caches, adoção de tecnologias internas que reduzam a quantidade de ciclos de operação, e assim por diante. Por exemplo: o software em si se beneficia mais de dois núcleos com frequência maior ou 4 núcleos com frequência menor? Considerando o alto consumo de conteúdo multimídia, quais os decodificadores internos determinado processador deve ter para áudio e vídeo? Essa estratégia permite que o usuário veja ganhos reais de desempenho sem, necessariamente, ter que reduzir a litografia ou aumentar a frequência de operação.

A outra fonte, tecnológica, é a discussão de novos estágios de evolução computacional. O primeiro deles, o tunelamento de transistores (também conhecido como tunelamento quântico), é o limite de quão precisamente a posição e o momento de uma partícula pode ser calculado com precisão, o que, segundo a Intel, trará benefícios em relação ao consumo de energia, mas penalizará o desempenho. Já o segundo, a spintrônica (spintronics, em inglês), usa o conceito de supercondutores para permitir que os processadores fiquem menores e mais poderosos, permitindo que energia elétrica se mova sem perda de energia (em outras palavras, sem dissipação de calor).

Internet of things

Em ambos os casos, os benefícios almejados não são ditados pelo desempenho, mas sim pela eficiência energética, anunciando o fim da Lei de Moore, em termos práticos. Isso não significa que os processadores ficarão permanentemente estacionados no estágio atual de desempenho, mas sim que, pelo menos nos próximos anos, aumentar sua performance não está na agenda. Além de limitações físicas, temos que lembrar também que a Intel está seguindo o mercado, já que a indústria de SoCs e Internet of Things, chips onde consumo energético e calor são pontos fundamentais.

Conclusão: isso é bom

Como dissemos, a Lei de Moore não é, estritamente, uma Lei, mas sim um guia que ditou a forma como os processadores evoluíram até hoje. Transistores menores, o que resulta em mais transistores por área, frequências maiores e novas tecnologias, algo seguido praticamente à risca pela Intel com o seu famoso “Tic Tac”. Criada em 1965 por Gordon Moore, então presidente da empresa, ela está chegando ao seus últimos anos tanto por limitações físicas quanto por pressão de mercado, algo até esperado, já que era um cenário completamente diferente do atual, com novas demandas, desafios e necessidades.

Mesmo que isso significa uma pausa no foco em aumentar o desempenho, os ganhos acabam valendo a pena. Em grande parte dos casos de uso, usuários ganhariam muito mais com processadores ou SoCs que funcionam mais “frios” do que em um ganho de desempenho que ficará ocioso, assim como um menor consumo energético oferece ganhos de autonomia de bateria, que beneficiariam muito mais o usuário. Isso pode significar que smartphones superaquecidos serão coisas de passado, e mesmo que seja uma mudança ainda nos seus primeiros dias, boas coisas virão por aí.

Fontes: Daily Reckoning, The Stack, Fast Company, Nature, o que é tunelamento quântico (Stanford), e como funciona o Spintronics (The Stack)