Quando a Apple lançar seus novos iPhones, você pode ter certeza de que haverá grande ênfase no fato de eles serem os primeiros aparelhos no mundo a serem alimentados por um novo tipo de chip.
Provavelmente ouviremos da empresa que isso permitirá que os donos façam coisas como editar vídeos em 4K (uma das melhores resoluções possíveis para imagens), aprimorar fotos de alta resolução e jogar videogames com uso gráfico mais nítido do que era possível antes, tudo isso usando menos bateria.
O “processo de cinco nanômetros” (5 nm) envolvido se refere ao fato de que os transistores do chip foram reduzidos — os minúsculos interruptores “liga-desliga” agora têm apenas cerca de 25 átomos de largura — permitindo que bilhões deles sejam acrescentados.
Isso significa mais poder de processamento.
Há apenas quatro anos, muitos especialistas do setor duvidavam que essa tecnologia viria tão cedo.
Isso tem acontecido em grande parte devido à engenhosidade de uma empresa holandesa relativamente obscura — a ASML.
Ela foi pioneira em uma maneira de esculpir padrões de circuitos no silício por meio de um processo chamado litografia ultravioleta extrema (EUV, na sigla em inglês).
Suas máquinas custam US$ 123 milhões (R$ 680 milhões) cada, o que é caro mesmo para os padrões da indústria de semicondutores.
Mas atualmente a ASML é a única empresa que produz tais máquinas de chips. E elas ainda são mais econômicos do que as opções alternativas, em parte por causa do seu baixo índice de defeitos.
“Em escalas tão pequenas, a precisão é fundamental”, diz Ian Cutress, que faz relatórios sobre o setor para o site Anandtech.
“O que eles estão fazendo seria o equivalente a acertar um selo na superfície de Marte com um avião de papel.”
A ASML diz que sua tecnologia é como trocar uma caneta hidrocor por uma de bico fino.
Mas, em vez de tinta, a tecnologia usa o que chama de “luz fraca” gerada por meio de um processo complicado.
“Pegamos uma gota derretida de estanho e disparamos um laser industrial de alta potência sobre ela, que basicamente a vaporiza e cria um plasma”, explica o porta-voz Sander Hofman.
“E esse plasma brilha com luz ultravioleta.”
“Isso tudo acontece 50 mil vezes por segundo — então 50 mil gotas são atingidas — o que cria luz suficiente para ser capturada com uma série de espelhos — os espelhos mais achatados do mundo.”
Um molde do chip é codificada na luz passando-a por uma máscara e encolhendo-a com lentes.
Em seguida, a luz atinge um revestimento sensível ao brilho em um wafer de silício, fazendo com que o design do chip seja “impresso”.
Apenas dois fabricantes de chips colocaram isso em uso comercial até agora.
A Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) — único fornecedor do A14 para a Apple para seus mais recentes iPhones, iPads e computadores Mac.
E a Samsung — que está fazendo um novo processador Qualcomm para telefones Android, com lançamento oficial previsto para dezembro.
Cada uma das duas empresas possui uma participação na ASML juntamente com a Intel, que também deve começar a usar a tecnologia em 2021.
Mas um concorrente notável foi colocado para fora da competição.
A Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) da China supostamente fez um pedido, mas o governo dos Estados Unidos interveio para impedir que a máquina da ASML fosse exportada, alegando que sua produção poderia acabar em armamento usado pelos militares chineses.
A SMIC atualmente está várias gerações atrás em tecnologia de chip de 14 nm, e especialistas sugerem que ela precisaria de um bom tempo para dominar o know-how necessário para mudar para 5 nm.
Mas o fato de ter sido impedida de sequer tentar deixa a empresa e as ambições mais amplas de Pequim para sua indústria de chips “em uma posição difícil”, disse Jon Erensen, da empresa de pesquisas Gartner.
“Essa é a intenção dos EUA”, acrescentou.
O que significa 5 nm exatamente?
Um nanômetro é um bilionésimo de um metro. É aproximadamente o tamanho que um cabelo humano cresce a cada segundo.
Os transistores costumavam ser medidos em termos da largura de uma parte conhecida como sua “porta”.
Mas, cerca de uma década atrás, uma mudança na maneira como eram projetados fez com que a referência nanométrica parasse de ser medida em uma única geometria.
Hoje, a referência de 5 nm é pouco mais que um termo de marketing e dois produtos usando a mesma designação podem conter transistores com desempenho diferente.
No entanto, para ajudar a entender como são pequenos os novos transistores da Apple, é só saber que existem cerca de 171 milhões dele dispostos em cada milímetro quadrado de chip.
Outro gigante chinês da tecnologia, a Huawei, também se viu incapaz de fabricar seus próprios designs de chips Kirin 5 nm como resultado de uma intervenção mais recente do governo Trump.
No entanto, espera-se que a empresa revele, em breve, que estocou um lote feito pela TSMC para uso em seus próximos smartphones Mate, que foram fabricados antes de a empresa taiwanesa ser forçada a encerrar sua produção em setembro.
Smartphones mais inteligentes
Tudo isso é importante porque mudar para 5 nm é a chave para tornar nossos aparelhos mais inteligentes.
À medida que os chips avançam, mais tarefas que costumavam ser enviadas para servidores de computadores remotos para processamento podem ser feitas localmente.
Já vimos smartphones se tornarem capazes de transcrever notas de voz e reconhecer pessoas em fotos sem a necessidade de uma conexão com a internet.
Agora, trabalhos de “inteligência artificial” ainda mais complexos se tornam possíveis, potencialmente ajudando os smartphones a entender melhor o mundo ao seu redor.
Mudar para transistores menores ajuda porque eles usam menos energia do que os maiores, o que significa que podem funcionar mais rapidamente. Com base nisso, a TSMC disse que seus chips de 5 nm oferecem um aumento de velocidade de 15% em relação à última geração de 7 nm, usando a mesma energia.
Ganhos maiores também puderam ser obtidos porque os projetistas de chips tiveram espaço para criar mais seções especiais conhecidas como “aceleradores”.
“Se você tem uma carga de trabalho definida — digamos, processamento de imagem, processamento de sinal de áudio, codificação de vídeo ou criptografia — a matemática envolvida é muito bem definida”, explica Cutress.
“E você pode projetar o acelerador para fazer a tarefa o mais rápido possível ou para estender a vida útil da bateria do dispositivo.”
A Apple já afirmou que seu chip A14 realizará tarefas de machine learning “até 10 vezes mais rápido” do que o A13.
Podemos esperar que, em breve, outras marcas de smartphones estarão fazendo afirmações semelhantes sobre seus produtos na medida em que migrarem para 5nm.
É claro que os consumidores ficarão mais impressionados com os usos da tecnologia que melhoram a vida, do que com os hipotéticos ganhos de velocidade.
Mas nos próximos anos, algumas aplicações dos avanços tecnológicos de 5 nm e depois de 3 nm devem se tornar óbvias para além dos smartphones — óculos inteligentes que não parecem muito volumosos, relógios inteligentes que duram mais entre recargas e, talvez, carros autônomos com preços mais acessíveis.