Impactos para a Área da Computação: Da Transição do Silício para Novas Tecnologias

Impactos para a Área da Computação: Da Transição do Silício para Novas Tecnologias

André A. de Oliveira1, Andreângelo da P. Patuzzo1, Antônio C. D. da Silva1, Célio P. Maioli1, Joel W. Belmiro1, Leonardo de S. Calegario1, Lucas N. Campos1, Monica F. S. Lopes1, Saulo N. Bandeira 1

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES) – Campus Serra

C.E.P.: 29173-087 – Serra – ES – Brasil

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Resumo. Seja no Hardware ou no Software, a Computação está em constante evolução, buscando cada vez mais potencializar o desempenho de máquinas inteligentes para a execução de tarefas de distintas naturezas. Com esse foco, este artigo abordará a evolução física dessas máquinas, focando principalmente na revolução tecnológica que o silício proporcionou, além de tratar possíveis alternativas a esse elemento, que vem sendo deixado de lado quando o assunto é o constante progresso tecnológico.  

1. Introdução

Com a IBM trabalhando ao lado da Universidade de Harvard, no início da década de 40, é construído o primeiro computador eletrônico, usando tecnologia em válvula, o dispositivo foi construído para realizar tarefas com fins militares, como calcular trajetória de mísseis [Villaça e Steinbach, 2014].

A área da Tecnologia, em específico a Computação, alavancou após 1947, ano em que a companhia Bell Labs consegue desenvolver o transístor [Gama, 2005], composto por silício e germânio, o dispositivo foi criado com objetivo de ocupar o lugar das válvulas termodinâmicas no mercado. Graças a essa inovação, anos depois foram lançados vários modelos de computadores contendo os modernos circuitos integrados.

Se tratando de um material natural, o silício é esgotável, possui suas limitações físicas e o seu preparo para uso gera diversos impactos negativos no meio ambiente, o que dificulta avançar tecnologicamente trabalhando tal componente químico.

A partir do conhecimento dessas limitações, passa a surgir uma demanda por possíveis substitutos para ocupar o espaço do silício no desenvolvimento tecnológico, como os nanotubos de carbono e o nitreto de gálio.

Dessa forma, a busca por alternativas ao uso do silício na Computação se faz necessária não só para manter o progresso da tecnologia mas também para diminuir ou até mesmo anular os efeitos colaterais da extração e processamento do material.

1. Lei de Moore e a Redução dos Transistores

Em 1975, Gordon E. Moore, cofundador da Intel, previu que o número de transistores dos chips de computadores dobrariam num período próximo de dois anos, e ainda sim esses chips novos seriam vendidos pelo mesmo custo [Moore, 1975].

Na figura 1, disponibilizada pela Intel (2005), é possível acompanhar alguns títulos de microchips lançado pela empresa e o aumento da quantidade de transistores, dados que até então corroboram a Lei formulada por Gordon.

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Figura 1. Contador de Transistores, lista contendo coluna de modelos antigos de processadores feitos pela Intel, seguido pelo ano de lançamento de cada chip e sua quantidade de transistores.

A lei de Moore se manteve forte por um longo período de tempo, porém, com a redução do tamanho dos processadores e o aumento do número de transistores, essa lei precisa ser reformulada, uma vez que cada transistor está próximo de pequenas unidades de átomos, assim passando a existir um limite físico na evolução dos microchips como são fabricados atualmente [Mattielo, 2012].

1. Por que Deixar de Utilizar o Silício na Computação?

Com a miniaturização dos transistores, consequentemente dos microchips, e otimização do uso de espaço no processador, torna-se possível ter dispositivos cada vez menores, com maior eficiência energética e menor aquecimento. Evolução essa que está muito longe de ser alcançada com o uso do material tradicional.

Segundo a Intel (2011), no início da década de 70, surgia o “Intel 4004” com simbólica frequência de 740 kilo-hertz. Era utópico pensar que mais a frente poderia existir microprocessadores com 3 Giga-hertz, vários núcleos e bilhões de transistores (Processador i7, por exemplo). Essa linha de pensamento pode ser um indício que componentes com clock e quantidade de núcleos na casa das dezenas não estão tão distantes da realidade.

Além disso, a necessidade de substituir o silício existe tanto na área da Computação quanto na Eletrônica, uma vez que o elemento não é capaz de trabalhar com eficiência quando submetido à frequências de comutação, temperaturas e tensões elevadas [Congresso Brasileiro de Automática, 2010].

1. Impactos Causados ao Longo do Ciclo do Uso do Silício

Em toda cadeia de preparo do silício para o uso há presença de impactos negativos, da mineração ao descarte do eletrônico composto pelo material.

1. Problemas Oriundos da Mineração do Silício

A remoção da fauna e flora nativa do ambiente a ser explorado e desnivelamento do relevo, causado por explosões ou quebra de rochas, são alguns dos problemas que compõem a Degradação Visual [Reis, 2015].

Outra complicação bastante rotineira é a poluição das águas, resultado da mineração que envolve substâncias químicas solúveis. Poluição que se agrava quando essas substâncias são levadas para rios, lagos e outros corpos d'água, o que pode levar a extinção de espécies e contaminação do solo.

Com as perfurações e explosões surge também a poluição sonora, que gera transtornos aos grupos de pessoas que residem na região e principalmente à biodiversidade que próximo habita [Reis, 2015], podendo até ocorrer a migração desses animais para as residências de moradores, uma vez que seu habitat natural se encontra em desordem.

Se não a maior, a emissão de poeira e gases é uma das maiores ameaças ao organismo de quem reside próximo ou trabalha na extração do material. Pois há doenças como a silicose, que ataca o os pulmões e surge após inalação de sílica cristalina [Santos et al., 2010], substância conhecida também como pó de sílica.

1. Substâncias Geradas Durante a Metalurgia do Silício

Nesta etapa o óxido de silício é superaquecido, refinado e moldado, por fim resultando em um material com cerca de 99% de pureza.

Mais do que gerar o pó de sílica, esta etapa também libera gases tóxicos e potencializadores do efeito estufa. Nesse processo também é produzido o monóxido de carbono, que segundo Salles (2010) “quanto maior a quantidade de CO inalado, maior será a quantidade de moléculas de hemoglobina desativadas para o transporte de oxigênio, tendo como consequências graves danos à saúde”.