Pedro, Jack Kilby e o Chip

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“A Idéia Monolítica” foi registrada pelo engenheiro Jack Kilby em seu bloco de notas em 24 de julho de 1958. Pode parecer simples em retrospecto, mas Kilby e sua equipe foram os primeiros a concretizá-la. Todos os componentes eletrônicos – resistores, capacitores e os novos transistores – seriam criados a partir do mesmo material, podendo ser assim incluídos em um único e pequeno pedaço monolítico. Ou, usando o termo em inglês, em um único chip. Nascia aí o circuito integrado, um pequeno pedaço, um pequeno chip.

Grosso modo como a linha de montagem, a tecnologia de circuitos integrados é antes de mais nada uma revolução nos métodos de fabricação. O transistor já havia sido criado dez anos antes, e idéias a respeito da miniaturização e integração de elementos eletrônicos eram desenvolvidas mesmo durante a era dos tubos de vácuo. Com a “idéia monolítica” e processos de fabricação complementares criados pouco depois por Robert Noyce, uma vez que o mesmo substrato e processos seriam utilizados com pequenas modificações para criar todos os diferentes componentes, era essencialmente a fabricação dos circuitos que tornava-se viável.

Mais do que isso, os novos processos para criar os chips eram promissores… e cumpriram sua promessa talvez mais do que qualquer outra tecnologia em nossa história. Refinando e aperfeiçoando as mesmas idéias básicas de fabricação, desde 1958 houve um progresso exponencial e contínuo no número e escala de integração, um progresso mais conhecido como a lei de Moore. Das dezenas de componentes chegou-se aos milhões e então centenas de milhões de elementos. Processadores devem em breve ultrapassar a marca do bilhão de transistores, a preços menores do que um conjunto de pneus de automóvel.

Tudo isto ocorre porque os custos de produção de um componente com centenas de milhões de componentes hoje não é tão distante daqueles com alguns milhares há 40 anos. As técnicas de fabricação não mudaram tanto e nem devem mudar radicalmente até que cheguemos perto dos limites teóricos em que os circuitos lidem com elétrons individuais.

Que a mesma idéia e processos básicos tenham permitido ir dos primeiros circuitos integrados – você confere o circuito original criado por Kilby acima – até a manipulação individual de partículas subatômicas atesta um dos motivos pelos quais Shockley recebeu o prêmio Nobel de Física no ano de 2000. Seu discurso na ocasião (em inglês) conta alguns detalhes da invenção e seu desenvolvimento:

“Hoje, pode ser difícil acreditar, mas em 1959 enquanto começávamos a anunciar a idéia, houve muitas críticas. Na época não era óbvio que a abordagem monolítica de semicondutores teria sucesso sobre as outras. [Havia] a crença de que as taxas de produtividade seriam sempre muito baixas para gerar lucro. Na época, menos de 10 por cento de todos os transistores fabricados realmente funcionava. Outro grupo de pessoas pensava que ela não fazia o melhor uso dos materiais, uma vez que os melhores resistores e transistores não eram feitos com semicondutores. Esses argumentos eram difíceis de contrariar, já que eram basicamente verdadeiros”.

E continuam sendo verdadeiros. Ainda temos “chips” de memória e processadores defeituosos entre aqueles que chegam à nossa mão. Mesmo as melhores fábricas acabam descartando uma boa parcela dos chips fabricados, em seus vários estágios de fabricação. Uma fábrica com maior qualidade não é apenas uma que fabrica melhores chips e sim aquela que descarta com sucesso todos os defeituosos. Os mais eficientes componentes eletrônicos não são feitos em chips e é por isso que seu computador não possui apenas chips: há alguns capacitores, resistores e mesmo transistores dedicados enfeitando sua placa-mãe com diversas formas geométricas, de cilindros a pequenos retângulos. Eles podem ser miniaturizados, mas foram fabricados com materiais e processos dos mais diversos. Um mundo sem chips seria um mundo repleto de tais componentes, muito mais caros, muito mais propensos a falhas.

Chips hoje fazem parte de nossa vida, em uma grande idéia pouco compreendida mas seguramente percebida em seu impacto. Que o diga Pedro, mas há formas mais poéticas, embora com menos schadenfreude, de apreciá-los.

O site Lifehacker oferece alguns wallpapers com a vida íntima dos circuitos, são belíssimas imagens:

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Os arco-íris vistos sobre suas superfícies são iridescências, resultado do reflexo da luz em componentes tão minúsculos e uniformes que fazem com que os diferentes reflexos das ondas luminosas interfiram entre si, anulando certas frequências em determinados ângulos. É o mesmo fenômeno que pode ser visto em CDs, bolhas de sabão e asas de borboletas, e nos chips é inteiramente acidental. Projetistas de chips não planejam criar arco-íris, é apenas mais uma das consequências inesperadas dos processos concebidos há meio século.

Já a Intel oferece outra galeria de imagens ilustrando todos os principais passos que transformam areia – fonte de silício – no cérebro de seu computador:

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A AMD, sem deixar por menos, oferece este vídeo que também ilustra o processo:

De areia a cérebros eletrônicos com centenas de milhões de componentes tão minúsculos que refletem luz criando iridescências coloridas, aproximando-se em alguns anos da manipulação de partículas fundamentais, e presentes em todo lugar, incluindo na mão do Pedro, conhecer melhor os chips é também apreciar um meme em novas dimensões.

A Kilby, Noyce e todos os cientistas e engenheiros responsáveis, obrigado por nos dar o chip. [Dicas do Paulim e Hilton, obrigado!]

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