Nova tecnologia permitirá que CPUs e GPUs usem 85% menos transistores
É possível pensar em um futuro com chips ultrapequenos ou com seu desempenho bastante aumentado
Um grupo de pesquisadores em parceria com a Universidade de Tecnologia de Viena está desenvolvendo uma tecnologia que poderia mudar bastante o sistema de transistores com o qual estamos acostumados. Aproveitando o elemento Germânio (Ge), eles desenvolveram um novo projeto de transistor adaptável que pode alterar sua configuração em tempo real, de acordo com os requisitos da carga de trabalho.
Os transistores são as unidades fundamentais do projeto de semicondutores. Eles, em conjunto com seus gates/controladores, controlam a corrente de dados e em que direção ela flui. Esses projetos de três partes (um primeiro elemento, segundo elemento e o gate), que é considerado simples, nos permite ter bilhões deles amontoados nos mais recentes chips de alto desempenho. É a partir da adição de muitos transistores pequenos e simples juntos (em circuitos integrados) que o desempenho de ordem superior e cargas de trabalho mais complexas podem ser criados.
No entanto, os avanços relacionados ao aumento da densidade dos transistores estão se tornando mais difíceis de alcançar com o tempo. E embora a pesquisa de materiais e design tenha criado muitas maneiras de melhorar os transistores, seu design fundamental permanece o mesmo. É a partir daí que o grupo de pesquisadores de que falamos entra com sua proposta, que permitirá que o circuito se ajuste, ao invés de adicionar um circuito para cada operação como é feito atualmente.
Adaptando as conexões e evitando a criação de circuitos separados para as várias instruções em um chip, este novo projeto de transistor adaptativo permitiria uma diminuição de até 85% no número de transistores necessários em GPUs e CPUs em comparação com os projetos atuais. Por consequência, o consumo de energia e as temperaturas seriam reduzidos e permitiriam maior escalonamento de frequência e desempenho. Operações aritméticas, por exemplo, que anteriormente exigiam 160 transistores, seriam possíveis com 24 transistores devido a esta adaptabilidade aumentada.
“Conectamos dois eletrodos com um fio extremamente fino de germânio, por meio de interfaces extremamente limpas e de alta qualidade. Acima do segmento de germânio, colocamos um eletrodo controlador como os encontrados nos transistores convencionais. O decisivo é que nosso transistor possui um outro eletrodo de controle colocado nas interfaces entre o germânio e o metal. Ele pode programar dinamicamente a função do transistor.” – Dr. Masiar Sistani membro do time de pesquisadores.
O Dr. Sistani ainda explica que usar germânio (Ge) nesse novo design é uma vantagem decisiva pois ele conta com uma estrutura eletrônica singular. Quando a tensão é aplicada, o fluxo de corrente aumenta inicialmente, mas depois certo limite ela diminui, o que se chama resistência diferencial negativa. Com a ajuda do eletrodo de controle mencionado antes, é possível modular a tensão em que esse limite se encontra.
Para comparação, um transistor convencional (eletrodo único) conduz corrente removendo elétrons de elétrons que se movem livremente (que têm carga negativa) ou removendo um elétron de um átomo específico, alterando assim sua carga para positiva. Esta ponte de germânio adicional no novo design do transistor permite transições contínuas entre esses dois estados de transporte.
Essa nova tecnologia promete ser rapidamente escalonável e implantável, já que nenhum dos materiais usados é novo na indústria de semicondutores e nenhuma ferramenta criada para esse fim seria necessária. Os pesquisadores acreditam que seus transistores adaptáveis seriam incorporados como um complemento a certos projetos de semicondutores, com uma adoção inicial limitada. Com isso, é possível pensar em um futuro com chips ultrapequenos com o mesmo potencial dos chips atuais ou ainda dispositivos com seu desempenho aumentado consideravelmente.
João Marcelo de Assis Peres
joao.marcelo@guiadocftv.com.br
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