Durante as últimas quatro décadas, a indústria eletrônica foi impulsionada pela chamada Lei de Moore, que não é uma lei, mas mais um axioma ou observação. Efetivamente, sugere que os dispositivos eletrônicos dobram em velocidade e capacidade a cada dois anos. E, de fato, todos os anos as empresas de tecnologia vêm com novos, mais rápidos, mais inteligentes e melhores dispositivos.
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Especificamente, a Lei de Moore, como articulado pelo cofundador da Intel Gordon Moore, é que “O número de transistores incorporados em um chip aproximadamente dobrará a cada 24 meses“. Transístores, interruptores elétricos minúsculos, são a unidade fundamental que dirige todos os dispositivos eletrônicos que nós podemos imaginar. À medida que ficam menores, eles também ficam mais rápidos e consomem menos eletricidade para operar.
No mundo da tecnologia, uma das maiores questões do século 21 é: Quão pequeno podemos fazer os transistores? Se houver um limite para o quão pequeno eles podem ficar, podemos chegar a um ponto em que não podemos continuar a fazer mais pequenos, mais poderosos, dispositivos mais eficientes. É uma indústria com mais de US $ 200 bilhões em receita anual apenas nos EUA. Poderia parar de crescer?
Aproximando-se do limite
No momento, empresas como a Intel produzem transistores em massa com 14 nanômetros de diâmetro, apenas 14 vezes mais do que as moléculas de DNA. Eles são feitos de silício, o segundo material mais abundante em nosso planeta. O tamanho atômico do silício é de cerca de 0,2 nanômetros.
Os transistores de hoje têm cerca de 70 átomos de silício de largura, portanto a possibilidade de torná-los ainda menores está se encolhendo. Estamos chegando muito perto do limite de quão pequeno podemos fazer um transistor.
Atualmente, os transistores usam sinais elétricos, elétrons movendo-se de um lugar para outro, para se comunicarem. Mas se pudéssemos usar luz, composta de fótons, em vez de eletricidade, poderíamos fazer transistores ainda mais rápidos. Meu trabalho, ao encontrar maneiras de integrar o processamento baseado em luz com chips existentes, é parte desse esforço nascente.
Colocando luz dentro de um chip
Um transistor tem três partes; Pense nelas como partes de uma câmera digital.
Primeiro, a informação entra na lente, análoga à fonte de um transistor. Em seguida, viaja através de um canal do sensor de imagem para os fios dentro da câmera. E por último, a informação é armazenada no cartão de memória da câmera, que é chamado de “dreno” de um transistor, onde as informações acabam por chegar. Agora, tudo isso acontece movendo elétrons ao redor. Para substituir a luz como o meio, nós precisamos realmente mover fótons preferivelmente.
Partículas subatômicas como elétrons e fótons viajam em um movimento ondulatório, vibrando para cima e para baixo, mesmo quando eles se movem em uma direção. O comprimento de cada onda depende do que está viajando. No silício, o comprimento de onda mais eficiente para fótons é de 1,3 micrômetros. Isso é muito pequeno, um cabelo humano tem cerca de 100 micrômetros de diâmetro.
Mas os elétrons no silício são ainda menores, com comprimentos de onda de 50 a 1.000 vezes mais curtos do que os fótons. Isso significa que o equipamento para lidar com os fótons precisa ser maior do que os dispositivos de manipulação de elétrons que temos hoje. Portanto, pode parecer precisaríamos construir transistores maiores, em vez de pequenos.
No entanto, por duas razões, poderíamos manter os chips do mesmo tamanho e fornecer mais poder de processamento, encolher chips ao mesmo tempo, fornecendo o mesmo poder, ou potencialmente ambos. Primeiro, um chip fotônico precisa apenas de algumas fontes de luz, gerando fótons que podem ser direcionados ao redor do chip com lentes e espelhos muito pequenos.
E segundo, a luz é muito mais rápida que os elétrons. Em média fótons podem viajar cerca de 20 vezes mais rápido do que os elétrons em um chip. Isso significa que os computadores seriam 20 vezes mais rápidos, um aumento de velocidade que levaria cerca de 15 anos para alcançar com a tecnologia atual.
Os cientistas demonstraram progresso em relação a chips fotônicos nos últimos anos. Um dos principais desafios é garantir que os novos chips baseados em luz possam trabalhar com todos os chips eletrônicos existentes. Se pudermos descobrir como fazê-lo, ou até mesmo usar transistores baseados em luz para aprimorar os eletrônicos, poderemos ver uma melhoria significativa do desempenho.
Quando poderei adquirir um laptop ou um smartphone baseado em luz?
Ainda temos um caminho a percorrer até que o primeiro dispositivo de consumo atinja o mercado e o progresso leva tempo. O primeiro transistor foi feito no ano 1907 usando tubos de vácuo, que eram tipicamente entre 1 e 6 polegadas de altura (em média 100 milímetros).
Em 1947, o tipo atual de transistor, o que agora é apenas 14 nanômetros de diâmetro, foi inventado e foi de 40 micrômetros de comprimento (cerca de 3.000 vezes mais do que o atual). E em 1971 o primeiro microprocessador comercial (a potência de qualquer aparelho eletrônico) era 1.000 vezes maior do que o de hoje quando foi lançado.
Os vastos esforços de pesquisa e a conseqüente evolução observada na indústria eletrônica estão apenas começando na indústria fotônica. Como resultado, a eletrônica atual pode executar tarefas que são muito mais complexas do que os melhores dispositivos fotônicos atuais.
Mas à medida que a pesquisa prossegue, a capacidade da luz vai se recuperar e, em última instância, ultrapassar a velocidade da eletrônica. Por mais que seja necessário chegar lá, o futuro da fotônica é brilhante.
Arnab Hazari, Ph.D. Estudante em Engenharia Elétrica, Universidade de Michigan.
Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.
Fonte: Science Alert
Espero que sejam mais rápido e que não travem!
Acredito que não travarão, pois sendo baseado em luz, não haverá superaquecimento(suposição).