Nanotecnologia e a fabricação de chips

Autor: Laércio Vasconcelos
Fevereiro/2003
  

A nanotecnologia é o desenvolvimento de técnicas para manipulação direta de átomos e moléculas. No futuro essas técnicas serão usadas em inúmeras aplicações, como por exemplo, a construção de máquinas microscópicas. A fabricação de chips é uma área que ruma cada vez mais ao uso da nanotecnologia. Copyright (C)
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Nanotecnologia e a fabricação de chips

Os chips modernos são formados por milhões de transistores. O velho processador 80486, lançado em 1989, tinha pouco mais de 1 milhão de transistores, e cada um deles media aproximadamente 1 micron (ou seja, 1 milésimo de milímetro). O Pentium 4, no seu lançamento, já tinha 42 milhões de transistores, e cada um deles media 0,18 microns. A atual geração de processadores Pentium 4 utiliza transistores de 0,13 microns, e a próxima a ser lançada em breve chegará a 0,09 microns. Assim como vimos recentemente passarmos do uso de MHz a GHz para indicar a velocidade dos processadores, estamos também passando a utilizar a unidade nm (nanometros) para medir os minúsculos transistores que formam os chips. Um nm é igual a 0,001 micron, o mesmo que 0,000001 milímetro ou 0,000000001 metro.


Transistor de 0,13 microns (130 nm) em um Pentium 4 moderno

Construir transistores menores traz grandes benefícios à produção de chips. Com transistores menores ocorre o seguinte:

1) Os chips ficam menores, o que reduz o seu custo de fabricação

2) Cada transistor passa a operar com menos corrente elétrica, e por isso o chip produz menos aquecimento.

3) O chip pode passar a operar com clocks maiores

4) Podem ser produzidos chips mais avançados. Por exemplo, o lançamento de uma nova geração de processadores, ou melhoramentos na geração já existente.

Um fabricante de chips pode escolher um dos caminhos citados acima, ou então usar dois ou mais deles. Por exemplo, a passagem do processo de 180 nm para 130 nm permitiu à Intel criar novas versões do Pentium 4 com cache L2 maior (512 kB, contra 256 kB das primeiras versões). Permitiu também à AMD reduzir um pouco o aquecimento dos chips Athlon XP. Não podemos deixar de citar que apesar de ambos os fabricantes produzirem excelentes processadores, a Intel caminha à frente no processo de miniaturização do seus chips. Apenas um ano depois que a Intel adotou o processo de 130 nm a AMD atingiu esta marca. Podemos afirmar que toda a evolução dos chips, desde a sua criação em meados da década de 1960, se deveu à miniaturização dos seus transistores.

Esta miniaturização continuará pelo menos até o ano de 2015, utilizando os processos até então adotados, baseados no aumento da precisão óptica na fabricação. É bom lembrar que este processo, apesar de muito avançado, utiliza princípios de fotografia, através da projeção de luz ultra-violeta sobre uma base de silício, “estampando” os transistores em diversas camadas. Como ocorre em todas as áreas, a pesquisa está sempre vários anos à frente da produção. A tecnologia de 90 nm está pronta para ser utilizada pela Intel na nova geração de chips Pentium 4, chamados pelo nome código “Prescott”. Entretanto já existem protótipos em laboratório com transistores muito menores, com até 8 nm. Obviamente muito ainda precisa ser feito para que possam ser produzidos em escala industrial. Mas estão previstos para os próximos anos, novas gerações de chips com 65, 45, 32 e 25 nm.

A partir de 2015, aproximadamente, os transistores que formam os chips serão tão pequenos que serão formados por apenas algumas poucas camadas de átomos. Os processos atuais de projeção de raios ultra-violeta não serão suficientes para manipular essas camadas de átomos de forma precisa. Será preciso criar novos métodos de manipulação atômica para a construção desses novos “nanotransistores”. A nanotecnologia está estudando anos à frente novos processos. Já é possível por exemplo, posicionar átomos para formar linhas com razoável precisão. Será preciso que esses métodos sejam aperfeiçoados para que possam ser usados em escala industrial e produzir os chips do futuro. E isto certamente será feito.

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