O aperfeiçoamento e a capacidade de CPUs e GPUs se deve ao aumento do número de transistores por chip, conseguidos com sofisticadas máquinas de litografia com luz ultravioleta em pastilhas de silício – avanços que beneficiaram até computadores menos poderosos.
Eu hoje tenho certeza de que nenhum usuário da minha geração poderia imaginar a que nível de avanço nós iríamos chegar na montagem de um computador pessoal. Atualmente mesmo as máquinas mais modestas são capazes de oferecer eficiência nas cargas de trabalho habituais da maioria das pessoas. E as um pouco mais poderosas executam rotinas outrora lentas em questão de segundos!
Os principais avanços tecnológicos ocorreram em todos os componentes, mas aqueles que aumentaram a capacidade de trabalho dos computadores foram principalmente os resultantes dos novos designs de módulos como a CPU, a GPU e a memória, incluindo drives em estado sólido.
O principal fator que proporcionou tudo isso foi o aperfeiçoamento na manufatura de transistores microscópicos nas pastilhas (“wafers”) de silício usadas na fabricação de novos chips.
O transistor per se foi uma etapa importante na evolução de todos os computadores. Na linha do tempo desde os primeiros computadores, aparecem dispositivos mecânicos, substituídos por relês de telefonia, já com processamento binário, depois por válvulas e finalmente transistores.
Com a inovada criação dos circuitos integrados, foi possível agrupar componentes em uma pastilha de silício, classificada como microchip. O número de transistores aumentou gradativamente, indo de milhares em cada chip, passando por milhões e agora por bilhões. É simplesmente inacreditável.
Fisicamente, não seria possível fazer isso se não houvesse uma maneira de diminuir o tamanho de cada transistor. Os mais recentes avanços nesta direção foram conseguidos através da litografia em pastilhas de silício, com o uso de luz ultravioleta, entre outros métodos.
Notem que só o uso da luz não basta, é preciso introduzir um monocromador de alta precisão, que seja capaz de diminuir a banda passante e praticamente só deixar passar o comprimento de onda mais próximo da radiação emitida. Esta exigência é fundamental nos processos analíticos usados no laboratório, mas neste caso é radicalmente importante na escultura dos transistores microscópios na pastilha de silício.
A luz ultravioleta tem comprimento de onda muito baixo, no espectro eletromagnético da radiação luminosa. Isto significa que a sua frequência é muito alta, sendo assim capaz de penetrar qualquer tipo de material.
Na litografia dos chips teve sucesso o uso de luz ultravioleta com comprimento de onda mais próximo do raio-X, classificada pela sigla EUV (do original, Extreme Ultra Violet), ou Ultravioleta Extremo, podendo perfeitamente ser confundido com o raio-X. Nesta faixa de comprimento de onda são emitidos fótons, que assim permitem a correta escultura dos transistores.
Só que para se conseguir isso, a tecnologia teve que avançar brutalmente e a um custo fabril muito elevado. Neste momento, as máquinas capazes de fazer isso são aquelas desenvolvidas pela empresa holandesa Advanced Semiconductor Materials Lithography (ASML), uma joint venture entre a Philips e a ASM International.
As máquinas são vendidas, caríssimas, a empresas de manufatura de chips. Entre elas, a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), fundada em 1987. Esta empresa então fabrica chips para clientes desenvolvedores de componentes, como AMD, Apple, Qualcomm, etc.
Antes disso, a Intel era a única desenvolvedora de chips com total autonomia de fabricação, mas acabou ficando para trás dos concorrentes, que se valeram da TSMC para a elaboração de chips derivados de projetos mais ambiciosos. Neste momento, a Intel está correndo atrás do prejuízo, fazendo ela própria o uso de manufatura de chips com maior capacidade de transistores. É uma batalha na concorrência que não enxerga territórios!
A saga da AMD
A AMD não estaria onde está no mercado de CPUs e GPUs se não fosse pela tecnologia de fabricação da TSMC. A estratégia da AMD foi a de mudar a microarquitetura dos seus chips: ao invés de aumentar o tamanho do processador, incluindo mais peças, ela adotou a estrutura por chiplets, cada um com uma função específica. O chiplet é um circuito integrado diminuto dentro do processador, podendo ser programado para executar qualquer tipo de tarefa. Ou seja, o chiplet é um chip dentro de outro chip.
Na figura abaixo, é possível se ter uma ideia de um processador com vários chiplets a descoberto:
Um processador tipo CPU, seja Intel ou AMD, é desenhado com vários núcleos de processamento, cada um deles capaz de executar duas linhas de instruções de tarefas ao mesmo tempo. É como se nós tivéssemos vários computadores funcionando dentro de um único processador. O número de núcleos cresceu junto com o desenvolvimento de CPUs e GPUs, indo, neste momento, de 2 até a 128 núcleos.
O aumento do número de núcleos implica em um custo elevado para o usuário final. Nos diversos processadores disponíveis, o investimento vai depender do tipo de aplicação pretendida. Por exemplo:
| Processador AMD | Número de núcleos | Aplicação |
| Ryzen (modelos 3 a 9) | Até 16 | Computador pessoal |
| Threadripper | Até 64 | Estações de trabalho de alta performance |
| Epyc | Até 128 | Servidores |
É, em princípio, admissível montar um computador pessoal usando um processador Threadripper, mas vale a pena? O custo de um processador destes é altíssimo, e a carga de trabalho doméstica é facilmente realizável com a grande maioria dos modelos Ryzen. O mesmo raciocínio se aplica a processadores Intel.
A CPU Ryzen vem passando por várias gerações, com barramentos e controladoras cada vez mais sofisticados. A sua arquitetura básica é chamada de “Zen”, que muda a cada versão. Assim, gerações diferentes tem aumento de sofisticação de processamento, em cada classe de processador. E, ironicamente, tudo isso para competir com as CPUs da Intel, debaixo de um exibicionismo teatral sem nenhuma censura.
Uma experiência pessoal
Eu acho que já deixei claro a quem me acompanha que o computador pessoal foi, para mim, a mais importante ferramenta de trabalho que eu usei, desde processamento de textos, bancos de dados, planilhas, etc., até sofisticados cálculos de estatística e gráficos.
As CPUs evoluíram muito com o tempo, indo de 4 bits até 64 bits, passando por estágios diferentes, e necessitando de programas e sistemas operacionais compatíveis. A fase de transição entre 32 e 64 bits foi, a meu ver, a mais penosa. Até hoje muitos programas ainda rodam com 32 bits de endereçamento de memória e são instalados no ambiente Windows em diretório separado: Program Files (x86). Vários navegadores também mudaram da plataforma de 32 para 64 bits em etapas experimentais, até chegarem a versões definitivas e estáveis.
Durante anos a fio eu fui fã de carteirinha da Intel. Montei mais de um computador com processador Intel Pentium. Mas, depois que a empresa se instalou no Brasil, por coincidência, os preços dos processadores ficaram proibitivos para o meu orçamento. Foi aí que um conhecido meu, que era revendedor, me sugeriu mudar para AMD, a qual, até então, eu via com alguma desconfiança. Dali para frente, eu montei sucessivamente processadores AMD Phenom, FX e depois Ryzen, com placas e chipsets cada vez mais elaborados.
Na minha última montagem (espero mesmo que seja a última), eu usei um processador Ryzen 9 5900X (processador da série 5000), em uma placa ROG Crosshair VIII Dark Hero, com chipset X570. Esta placa já está há cerca de 2 anos no mercado, mas continua uma opção muito atraente, inclusive com ótima aparência e muitos recursos operacionais.
Eu tomei o cuidado de instalar todos os componentes da mesma geração (no caso, Gen 4), com isso minimizando qualquer gargalo nos barramentos. E consegui!
O resultado final foi o de dar partida na máquina, e ouvir o clássico “beep” cerca de 2 segundos depois. A passagem pela tela de partida ficou tão rápida, que eu fui obrigado a entrar no Bios e aumentar o número de segundos dela parada, para que eu pudesse teclar Del ou F1 para entrar no nas configurações da máquina quando necessário.
Os processadores Intel continuam ótimos, mas a preços muito mais elevados, e no final das contas, não oferecem mais vantagem alguma a quem, como eu, não usa o micro para joguinhos. [Webinsider]
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Paulo Roberto Elias
Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.
