Em busca da próxima geração de chips

Por JOHN MARKOFF

STANFORD, Califórnia - Pesquisadores de todo o mundo estão tentando desenvolver a próxima geração de tecnologias de fabricação de chips, e os dias do silício parecem contados. No horizonte está a nanoeletrônica, a construção de circuitos em escala molecular.

O desafio não é apenas incluir mais comutadores (ou switches) em um microprocessador, mas conseguir que eles se liguem e desliguem com rapidez e segurança.

Na Universidade Stanford, o Grupo de Sistemas Robustos liderado por Subhasish Mitra, um ex-engenheiro da Intel, está trabalhando em um novo switch chamado transistor de efeito de campo de nanotubos de carbono, ou CNFET na sigla em inglês.

"Achamos que se conseguirmos colocar nanotubos de carbono a alguns nanômetros de distância eles vão superar o silício", disse Supratik Guha, diretor de ciências físicas no Laboratório de Pesquisas Thomas J. Watson da IBM.

Os pesquisadores em Stanford cultivam quimicamente bilhões de nanotubos de carbono -cada um com cerca de 12 átomos de largura- em uma superfície de quartzo. Eles revestem esses tubos com uma camada ultrafina de ouro, então usam um pedaço de fita adesiva para pegá-los com a mão e transferi-los delicadamente para um wafer de silício.

Pela primeira vez os circuitos não são gravados com ondas de luz; eles são pelo menos em parte "automontados". Os fios ultrafinos feitos de nanotubos de carbono estão sendo depositados por um processo químico como primeiro passo na fabricação de um circuito de computador.

O resultado são nanocircuitos muito menores e que usam muito menos energia que os mais avançados circuitos de computador de hoje, baseados em silício.

Com o método de gravação à luz, a menor parte de um semicondutor é de 32 nanômetros, e a nanotecnologia é uma abordagem em que tanto a Intel como a IBM depositam altas esperanças para quando as peças de semicondutores chegarem a 7 nanômetros -o que poderá acontecer em 2017.

Enquanto os circuitos de computador padrão incluem cada vez mais transistores, eles tendem a vazar eletricidade -e assim gerar excesso de calor. Os sinais de advertência começaram uma década atrás, quando Patrick P. Gelsinger, então principal diretor de tecnologia da Intel, advertiu que se as tendências persistissem os chips de microprocessadores atingiriam a temperatura da superfície do sol em 2011.

Os limites são especialmente desafiadores para os projetistas de supercomputadores, que tentam construir um sistema em "exaescala" -mil vezes a velocidade dos computadores mais velozes de hoje- até 2019. Usando os componentes de hoje, isso exigiria de 10 milhões a 100 milhões de processadores e consumiria mais de 1 bilhão de watts.

O doutor Mitra reconhece que a tecnologia de nanotubos de carbono "ainda tem suas dificuldades".

Pesquisadores nos Laboratórios HP disseram que estão perto de comercializar uma nova tecnologia de semicondutores baseada em um elemento de circuito chamado "memristor", que pode substituir os transistores, inicialmente em um chip de memória como alternativa para as memórias Flash e DRAM.

Os pesquisadores já haviam relatado em "The Proceedings of the National Academy of Sciences" a criação de um novo método para armazenar e recuperar informação de uma vasta série tridimensional de memristores.

Em uma palestra recente em Stanford, Stan Williams, um físico que lidera a iniciativa na HP, disse que o grupo está concentrado em um novo tipo de material semicondutor, o dióxido de titânio, que poderia rivalizar com o silício.

"Basta dizer que isto não está em um futuro muito distante", ele disse. "Não chega a dez anos."

O doutor Williams disse que o memristor poderá ter vantagens em energia e tamanho significativas em relação aos transistores convencionais usados em dispositivos lógicos, como microprocessadores, que devem ser energizados para preservar a informação. Em comparação, a tecnologia da HP é não volátil -basta aplicar energia para mudar o switch.

Como o design do nanotubo de carbono, ele se presta a estruturas tridimensionais. "Isto é algo que vem atraindo a comunidade há 30 anos", disse o doutor Williams.