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A Lei de Moore é uma velha conhecida de todos os profissionais da área de tecnologia. Enunciada pela primeira vez na década de 1965 pelo então presidente da Intel, Gordon Earl Moore, a lei diz que o número de transistores encapsulados nos processadores dobra a cada 18 meses. De fato, a evolução da capacidade dos dispositivos semicondutores tem ditado o compasso do avanço tecnológico mais ou menos nessa velocidade. Um projeto lançado em julho pela DARPA, agência de pesquisa e fomento tecnológico do Pentágono, visa superar a Lei de Moore e abrir novos flancos de desenvolvimento.

A miniaturização dos transistores sempre foi um fator crucial para o aumento da capacidade de processamento. Desde os pioneiros TBJs até os recentes e promissores transistores à base de grafeno e nanotubos de carbono, a ascendente densidade de transistores encapsulados num chip é o que tem feito a lei de Moore se manter viva.

Durante as últimas décadas, todo o aumento de capacidade de processamento tem se baseado no crescimento escalar da densidade de transistores integrados nos processadores. No entanto, sempre houveram defensores de que um dia a capacidade de miniaturizar as portas lógicas iria se esgotar. Foi pensando em superar a Lei de Moore para além dos ganhos de escala que a DARPA lançou o projeto “Electronics Resurgence“. 

O projeto Electronics Resurgence e como superar a Lei de Moore

O Departamento de defesa, por meio da DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), incluiu 75 milhões de dólares no orçamento para 2018 para financiar a iniciativa público-privada “Electronics Resurgence”. O nome é sugestivo e está ligado com o objetivo do projeto. A ideia é desenvolver novas tecnologias na área de microeletrônica de forma a superar a dependência da miniaturização de chaves lógicas (transistores). O foco é no desenvolvimento de novos materiais e arquiteturas.

Os novos 75 milhões vêm para suplementar o orçamento já aprovado de 200 milhões para toda a área de eletrônica, fotônica e sistemas relacionados. Esses números não compreendem os possíveis aportes de parceiros privados no projeto, o que sinaliza que o investimento total pode ser ainda maior.

A nova iniciativa chega num momento em que a microeletrônica começa a sentir as primeiras limitações do modelo de progresso das últimas 7 décadas. Desde o surgimento do transistor depois da Segunda Guerra Mundial, a revolução eletrônica e as décadas de crescimento do setor foram baseadas no desenvolvimento de chaves eletrônicas cada vez menores e integradas em espaços cada vez mais limitados. Como já se previa desde o início da tendência, um ponto de inflexão ditado por limitações físicas e financeiras um dia chegaria. O resultado será a diminuição da inclinação da curva da Lei de Moore (vide gráfico da primeira seção) no sentido de se tornar cada vez mais plana.

Para superar a Lei de Moore, a iniciativa busca promover o crescimento da capacidade de processamento baseando-se em novos materiais e novas arquiteturas. Em última instância, o objetivo é manter a trajetória de crescimento da capacidade de processamento, mas não mais apenas com base na integração de transistores cada vez menores.

Novos materiais

No que diz respeito aos novos materiais, a ERI (abreviação de Electronics Resurgence Initiative) irá explorar a utilização de novos ingredientes e materiais que permitam aumentar a performance dos circuitos sem que seja necessário aumentar o número de transistores.

O silício é, desde a criação do primeiro transistor, o mais familiar material microeletrônico. É a matéria-prima da maioria absoluta dos dispositivos semicondutores usados em todo o mundo. O silício-germânio e outros compostos a base de silício também têm um bom lugar dentre os semicondutores e se prestam a aplicações específicas.

Para além dessas tradicionais matérias-primas, a ERI irá financiar o estudo e exploração de vários candidatos selecionados da Tabela Periódica para serem a base da nova geração de componentes lógicos e memórias. Algumas das frentes de pesquisa que a iniciativa irá lançar, são:

• Integração de diferentes materiais semicondutores em um mesmo chip;
• Combinação de funções de memória e processamento no mesmo bloco de circuito;
• Integração vertical de componentes microeletrônicos (o silício e seus compostos permitem apenas a integração planar); 

Novas arquiteturas

Já o desenvolvimento de novas arquiteturas e design, a ERI  irá pesquisar novas estruturas de circuitos e como eles podem ser otimizados para executar funções específicas. Um bom exemplo são as unidades de processamento de gráficos. A utilização de hardwares específicos e dedicados para a função de processamento gráfico são a melhor evidência de que o desenvolvimento de blocos de circuito especializados e otimizados para uma dada função são capazes de melhorar a performance do sistema. 

Essa não é uma nova frente no design de circuitos elétricos e eletrônicos. Os ASICs (Application Specific Integrated Circuits) já fazem parte da indústria há vários anos. Em contraposição aos circuitos de propósito geral, a eletrônica especializada pode ser mais rápida e eficiente. O grande problema do uso atual dos ASICs é o custo e tempo de desenvolvimento. As frentes que o a ERI irá trabalhar quanto às novas arquiteturas e design são:

• Projetos para criação de ferramentas de design open-source para baratear e diminuir o tempo de desenvolvimento de ASIC;
• Desenvolvimento de novas estruturas e layouts de circuito;
• Novas arquiteturas de CPUs e memórias;
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento da microeletrônica dedicada;

Considerações finais

Superar a Lei de Moore não vai ser fácil. No entanto, é para a própria manutenção da curva de crescimento da capacidade de processamento e de armazenamento (no caso de memórias) que a nova iniciativa surgiu. Já se antecipando às limitações que inevitavelmente surgirão com o esgotamento da capacidade de miniaturizar transistores, as novas frentes de pesquisa baseadas em novos materiais e arquiteturas tendem a receber cada vez mais aportes financeiros.

Resta saber como se chamará a nova curva de desenvolvimento dos semicondutores. Se Gordon Moore enunciou a sua lei apontando para o aumento no número de transistores, com as melhorias de arquitetura e materiais avançados liderando o crescimento, uma nova denominação certamente irá surgir. Qual será a lei para o crescimento do processamento dos processadores depois de superada a Lei de Moore? Talvez o ERI nos dê uma resposta em breve.