IBM e o seu processador de 7 nanômetros. Coisa boa vem por aí

Pois bem, a IBM anunciou oficialmente uma versão funcional de chips construídos no processo de 7 nanômetros. E o que isso significa? Muita coisa, na verdade, em especial pelas possibilidades futuras inerentes de se utilizar transistores tão pequenos e as implicações mercadológicas em relação à Intel e a AMD. Vamos entender isso em detalhes nas próximas linhas.

7 nanômetros, o que é isso?

Dois textos que servem como uma boa introdução para entender o que um chip de 7 nanômetros realmente significa. O primeiro deles é sobre os transistores 3D da Intel, que explica como a empresa conseguiu resolver as limitações físicas da diminuição de transistores, que fica mais difícil a cada geração. Quanto menor os transistores, mais difícil fica para empresas trabalharem com ele de uma forma eficiente, já que as limitações do silício, principal elemento utilizado, começam a aparecer.

O segundo é sobre a Lei de Moore, que serviu mais como uma referência para o avanço contínuo e constante para o avanço dos processadores do que algo que tenha acontecido naturalmente no mercado. Basicamente, quanto menor a litografia, mais rápido é o processador, já que empresas podem usar mais transistores, alcançando frequências de operação maiores e diminuindo o consumo de energia, assim como o TDP.

Agora chegamos na IBM, primeira empresa a conseguiu chegar aos 7 nanômetros, enquanto a Intel ainda trabalha com 14 nanômetros nas gerações Broadwell e Skylake, e a AMD permanece nos 28 nanômetros mesmo na geração mais atual, a Carrizo (ainda que isso possa mudar com o Zen). Chips de GPU tanto da AMD quanto da Nvidia ainda trabalham com litografia de 28 nanômetros, fabricados pela TSMC.

• O que é TDP?

Ou seja, mesmo a Intel, que atualmente domina o mercado de CPUs e liderou confortavelmente durante muito tempo essa corrida por diminuição de litografia não conseguiu chegar perto dos 7 nanômetros, enfrentando uma boa quantidade de dificuldades na transição dos 22 nanômetros (Haswell) para os 14 nanômetros (Broadwell), sofrendo atrasos sucessivos.

Como a IBM conseguiu isso?

Enquanto a Intel promete mudar para os 10 nanômetros somente em 2016 ou 2017, a IBM conseguiu implementar os 7 nanômetros, resultado de uma parceria com Samsung, Global Foundries, SUNY, entre outras empresas. Como? Usando uma combinação do bom e velho silício com Germânio (SiGe), que aumenta a estabilidade do elemento, e litografia ultravioleta extrema (EUV, extreme ultraviolet), algo em que a Intel investe há anos, permitindo alcançar uma precisão muito maior na hora de fabricar o chip.

Vale dizer um adendo aqui. A IBM não produziu um chip ou processador propriamente dito, mas sim um wafer funcional. Isso quer dizer que ele ainda não possui quantidade de núcleos, cache, frequências de operação e outras características definidas, sendo um passo anterior a isso, mas ainda coloca a IBM em uma posição de vantagem em relação aos concorrentes, que ainda não chegaram nessa etapa.

Isso significa que não veremos um chip de 7 nanômetros até 2017, pelo menos, já que há várias etapas entre a criação de um wafer com sucesso e sua produção comercial. Quando ele chegar, a IBM promete nada menos do que 50% mais performance por consumo de energia do que os chips da próxima geração, se referindo, provavelmente, aos chips Intel da 10 nanômetros, codinome Cannon Lake, em especial por contar com uma maior densidade de transistores por área.

Como isso afeta o desempenho

Na prática, mais transistores significa mais desempenho, embora não seja algo tão diretamente proporcional. A combinação de uma litografia menor com uma maior densidade de transistores pode resultar, segundo a IBM, em um chip com até 20 bilhões de transistores. Como referência, os processadores da Intel série ULV da geração Broadwell (14 nanômetros) contam com “somente” 1,9 bilhões de transistores, o que dá uma boa ideia do que esperar quando os modelos de 7 nanômetros chegarem ao mercado.

Transistores extras oferecem uma boa flexibilidade na hora de desenhar novos chips, indo desde núcleos extras rodando com frequências maiores até a escolha do tamanho e da velocidade das caches em diferentes níveis (L1, L2 e L3). O mesmo vale para as GPUs integradas, isso sem aumentar a área do chip ou o consumo energética. Isso significa que podemos esperar, nos próximos anos, um processador que realmente oferece um ganho de desempenho significativo em relação às gerações anteriores. Nada de 10-15% por geração, como acontece hoje.

Ou seja, mais competição?

Exatamente. Como dissemos em nosso artigo sobre o Zen (parte 1 e 2), próxima geração de processadores da AMD, o mercado de CPUs está meio parado nos últimos anos. A AMD enfrenta dificuldades há um bom tempo, o que abriu uma janela para a Intel dominar o mercado com gerações pouca coisa superiores às anteriores, com melhorias módicas aqui e ali, de forma que um terceiro player com um processo mais avançado é sempre bem-vindo para reaquecer a competição.

Mais competitividade significa mais inovação em um intervalo de tempo menor, além de preços mais acessíveis, já que as empresas não poderão mais se dar ao luxo de colocar preços arbitrários em novos chips, ainda mais quando os concorrentes oferecem saltos tão grandes (ou prometem oferecer). A diminuição da litografia pode parecer pouca coisa, isoladamente, mas permite que empresas que desenham chips usem o seu melhor design disponível para maximizar todos os benefícios de um processo mais moderno de fabricação.

Conclusão

O que temos até o momento é somente um wafer de 7 nanômetros produzido com sucesso pela IBM e parceiros, usando o que há de mais moderno nos processos de fabricação disponíveis até agora. O que podemos esperar disso, porém, é um salto considerável de desempenho nos próximos anos, além de um aumento geral na competitividade entre todas as empresas envolvidas.

Como dissemos, chips com litografia de 7 nanômetros ainda estão em seus primeiros estágios, com várias etapas a serem cumpridas até a sua produção comercial em chips reais, com especificações definidas, o que pode demorar alguns anos. Ou seja, no final de 2016, ou 2017, começaremos a ver os primeiros resultados práticos, com novidades excelentes a caminho.

Fontes: PCWorld, Ars Technica, The Verge, Wired, Time