Bom, como todo mundo já sabe a informática já vem evoluindo faz tempo.
Eu criei este blog para que as pessoas tirem dúvidas e se interessem mais pelo mundo da informática.
A história da informática.
(parte 1)
Assim como em outras áreas, os computadores começaram como aparelhos rudimentares, que eram capazes de desempenhar apenas tarefas muito simples. Mesmo componentes básicos, como o HD e outros tipos de unidade de armazenamento foram introduzidos apenas muito mais tarde.
Estudar sobre a história da informática permite entender melhor como os PCs atuais funcionam, já que uma coisa é consequência da outra. Do ENIAC, construído em 1945, até os processadores modernos, tivemos um longo caminho. Este tutorial resume a história da informática, das válvulas e relês até o Athlon, lançado em 1999, passando pelos computadores das décadas de 50, 60 e 70, os primeiros computadores pessoais e a era dos processadores modernos, que começou com o 386.
A história da informática nos remete ao final do século XIX. Na época dos nossos tataravôs, os computadores já existiam, apesar de extremamente rudimentares. Eram os computadores mecânicos, que realizavam cálculos através de um sistema de engrenagens, acionado por uma manivela ou outro sistema mecânico qualquer. Esse tipo de sistema, comum na forma de caixas registradoras, predominou até o início da década de 70, quando as calculadoras portáteis se popularizaram.
No final do século XIX, surgiu o relê, um dispositivo eletromecânico, formado por um magneto móvel, que se deslocava unindo dois contatos metálicos. O relê foi muito usado no sistema telefônico, no tempo das centrais analógicas. Nas localidades mais remotas, algumas continuam em atividade até os dias de hoje.
relê
Os relês podem ser considerados como uma espécie de antepassados dos transístores. Suas limitações eram o fato de serem relativamente caros, grandes demais e, ao mesmo tempo, muito lentos: um relê demora mais de um milésimo de segundo para fechar um circuito.
Apesar disso, os relês são usados até hoje em alguns dispositivos. Um exemplo são os modems discados, onde o relê é usado para ativar o uso da linha telefônica, ao discar. Eles são usados também em estabilizadores e nobreaks (geralmente nos modelos de baixo custo), onde são os responsáveis pelos “clicks” que você ouve durante as variações de tensão.
O fato de usar relês e fazer barulho, não é um indício de qualidade do estabilizador ou nobreak (muito pelo contrário), mas infelizmente muitas pessoas associam isso com o fato do aparelho estar funcionando, o que faz com que produtos de baixa qualidade continuem sendo produzidos e vendidos.
Voltando à história, também no final do século XIX, surgiram as primeiras válvulas. As válvulas foram usadas para criar os primeiros computadores eletrônicos, na década de 40.
As válvulas têm seu funcionamento baseado no fluxo de elétrons no vácuo. Tudo começou numa certa tarde quando Thomas Edson, inventor da lâmpada elétrica, estava brincando com a sua invenção. Ele percebeu que, ao ligar a lâmpada ao pólo positivo de uma bateria e uma placa metálica ao pólo negativo, era possível medir uma certa corrente fluindo do filamento da lâmpada até a chapa metálica, mesmo que não existisse contato entre eles. Havia sido descoberto o efeito termoiônico, o princípio de funcionamento das válvulas.
As válvulas já eram bem mais rápidas que os relês, atingiam freqüências de alguns megahertz, o problema é que esquentavam demais, consumiam muita eletricidade e se queimavam com facilidade. Era fácil usar válvulas em rádios, que utilizavam poucas, mas construir um computador, que usava milhares delas era extremamente complicado e caro.
Apesar de tudo isso, os primeiros computadores começaram a surgir durante a década de 40, naturalmente com propósitos militares. Os principais usos eram a codificação e a decodificação de mensagens e cálculos de artilharia.
Sem dúvida, o computador mais famoso daquela época foi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), construído em 1945. O ENIAC era composto por nada menos do que 17.468 válvulas, além de 1.500 relês e um grande número de capacitores, resistores e outros componentes.
No total, ele pesava 30 toneladas e era tão volumoso que ocupava um grande galpão. Outro grave problema era o consumo elétrico: um PC típico atual, com um monitor LCD, consome cerca de 100 watts de energia, enquanto o ENIAC consumia incríveis 200 kilowatts.
Construir esse monstro custou ao exército Americano 468.000 dólares da época, que correspondem a pouco mais de US$ 10 milhões em valores corrigidos.
Porém, apesar do tamanho, o poder de processamento do ENIAC é ridículo para os padrões atuais, suficiente para processar apenas 5.000 adições, 357 multiplicações ou 38 divisões por segundo. O volume de processamento do ENIAC foi superado pelas calculadoras portáteis ainda na década de 70 e, hoje em dia, mesmo as calculadoras de bolso, das mais baratas, são bem mais poderosas do que ele.
A idéia era construir um computador para quebrar códigos de comunicação e realizar vários tipos de cálculos de artilharia para ajudar as tropas aliadas durante a Segunda Guerra Mundial. Porém, o ENIAC acabou sendo terminado exatos 3 meses depois do final da guerra e foi usado durante a Guerra Fria, contribuindo por exemplo no projeto da bomba de hidrogênio.
ENIAC (foto do acervo do Exército dos EUA)
Se você acha que programar em C ou em Assembly é complicado, imagine como era a vida dos programadores daquela época. A programação do ENIAC era feita através de 6.000 chaves manuais e, ao invés de ser feita através de teclas, toda a entrada de dados era feita através de cartões de cartolina perfurados, que armazenavam poucas operações cada um.
Uma equipe preparava os cartões, incluindo as operações a serem realizadas, formando uma pilha, outra ia trocando os cartões no leitor do ENIAC, e uma terceira “traduzia” os resultados, também impressos em cartões, para o padrão decimal.
O ENIAC também possuía sérios problemas de manutenção. A cada 5 minutos, em média, alguma das válvulas se queimava, tornando necessárias manutenções freqüentes. A seguir está a foto de uma válvula muito usada na década de 40:
Válvula
Vendo essa foto, é fácil imaginar por que as válvulas eram tão problemáticas e caras: elas eram simplesmente complexas demais.
Mesmo assim, na época, as válvulas eram o que existia de mais avançado, permitindo que computadores como o ENIAC executassem, em poucos segundos, cálculos que um matemático equipado com uma calculadora mecânica demorava horas para executar.
Durante a década de 1940 e início da de 1950, a maior parte da indústria continuou trabalhando no aperfeiçoamento das válvulas, obtendo modelos menores e mais confiáveis. Porém, vários pesquisadores, começaram a procurar alternativas menos problemáticas.
Várias dessas pesquisas tinham como objetivo o estudo de novos materiais, tanto condutores quanto isolantes. Os pesquisadores começaram então a descobrir que alguns materiais não se enquadravam nem em um grupo nem em outro, pois, de acordo com a circunstância, podiam atuar tanto como isolantes quanto como condutores, formando uma espécie de grupo intermediário que foi logo apelidado de grupo dos semicondutores.
Haviam encontrado a chave para desenvolver o transístor. O primeiro protótipo surgiu em 16 de dezembro de 1947 (veja a foto a seguir), consistindo em um pequeno bloco de germânio (que na época era junto com o silício o semicondutor mais pesquisado) e três filamentos de ouro. Um filamento era o pólo positivo, o outro, o pólo negativo, enquanto o terceiro tinha a função de controle.
Tendo apenas uma carga elétrica no pólo positivo, nada acontecia: o germânio atuava como um isolante, bloqueando a corrente. Porém, quando uma certa tensão elétrica era aplicada usando o filamento de controle, um fenômeno acontecia e a carga elétrica passava a fluir para o pólo negativo. Haviam criado um dispositivo que substituía a válvula, que não possuía partes móveis, gastava uma fração da eletricidade e, ao mesmo tempo, era muito mais rápido.
O primeiro transístor
O primeiro transístor era muito grande, mas não demorou muito para que esse modelo inicial fosse aperfeiçoado. Durante a década de 1950, o transístor foi aperfeiçoado e passou a gradualmente dominar a indústria, substituindo rapidamente as problemáticas válvulas. Os modelos foram diminuindo de tamanho, caindo de preço e tornando-se mais rápidos. Alguns transístores da época podiam operar a até 100 MHz. Claro que essa era a freqüência que podia ser alcançada por um transístor sozinho, nos computadores da época, a freqüência de operação era muito menor, já que em cada ciclo de processamento o sinal precisa passar por vários transístores.
Mas, o grande salto foi a substituição do germânio pelo silício. Isso permitiu miniaturizar ainda mais os transístores e baixar seu custo de produção. Os primeiros transístores de junção comerciais (já similares aos atuais) foram produzidos a partir de 1960 pela Crystalonics, decretando o final da era das válvulas.
A idéia central no uso do silício para construir transístores é que, adicionando certas substâncias em pequenas quantidades, é possível alterar as propriedades elétricas do silício. As primeiras experiências usavam fósforo e boro, que transformavam o silício em condutor por cargas negativas ou em condutor por cargas positivas, dependendo de qual dos dois materiais fosse usado. Essas substâncias adicionadas ao silício são chamadas de impurezas, e o silício “contaminado” por elas é chamado de silício dopado.
O funcionamento de um transístor é bastante simples, quase elementar. É como naquele velho ditado “as melhores invenções são as mais simples”. As válvulas eram muito mais complexas que os transístores e, mesmo assim, foram rapidamente substituídas por eles.
Um transístor é composto basicamente por três filamentos, chamados de base, emissor e coletor. O emissor é o pólo positivo, o coletor, o pólo negativo, enquanto a base é quem controla o estado do transístor, que como vimos, pode estar ligado ou desligado. Veja como esses três componentes são agrupados num transístor moderno:
transístor
Quando o transístor está desligado, não existe carga elétrica na base, por isso, não existe corrente elétrica entre o emissor e o coletor. Quando é aplicada uma certa tensão na base, o circuito é fechado e é estabelecida a corrente entre o emissor e o receptor.
Cada transístor funciona como uma espécie de interruptor, que pode estar ligado ou desligado, como uma torneira que pode estar aberta ou fechada, ou mesmo como uma válvula. A diferença é que o transístor não tem partes móveis como uma torneira e é muito menor, mais barato, mais durável e muito mais rápido que uma válvula.
A mudança de estado de um transístor é feita através de uma corrente elétrica. Cada mudança de estado pode então comandar a mudança de estado de vários outros transístores ligados ao primeiro, permitindo o processamento de dados. Num transístor essa mudança de estado pode ser feita bilhões de vezes por segundo, porém, a cada mudança de estado é consumida uma certa quantidade de eletricidade, que é transformada em calor. É por isso que quanto mais rápidos tornam-se os processadores, mais eles se aquecem e mais energia consomem.
Um 386, por exemplo, consumia pouco mais de 1 watt de energia e podia funcionar sem nenhum tipo de resfriamento. Um 486DX-4 100 consumia cerca de 5 watts e precisava de um cooler simples, enquanto um Athlon X2 chega a consumir 89 watts de energia (no X2 5600+) e precisa de no mínimo um bom cooler para funcionar bem. Em compensação, a versão mais rápida do 386 operava a apenas 40 MHz, enquanto os processadores atuais já superaram a barreira dos 3.0 GHz.
O grande salto veio quando descobriu-se que era possível construir vários transístores sobre o mesmo wafer de silício. Isso permitiu diminuir de forma gritante o custo e tamanho dos computadores. Entramos então na era do microchip.
O primeiro microchip comercial foi lançado pela Intel em 1971 e chamava-se 4004. Como o nome sugere, ele era um processador que manipulava palavras de apenas 4 bits (embora já trabalhasse com instruções de 8 bits). Ele era composto por pouco mais de 2000 transístores e operava a apenas 740 kHz. Embora fosse muito limitado, ele foi muito usado em calculadoras, área em que representou uma pequena revolução. Mais do que isso, o sucesso do 4004 mostrou a outras empresas que os microchips eram viáveis, criando uma verdadeira corrida evolucionária, em busca de processadores mais rápidos e avançados.
Intel 4004
Em 1972 surgiu o Intel 8008, o primeiro processador de 8 bits e, em 1974, foi lançado o Intel 8080, antecessor do 8088, que foi o processador usado nos primeiros PCs. Em 1977 a AMD passou a vender um clone do 8080, inaugurando a disputa Intel x AMD, que continua até os dias de hoje.
O 8080 da AMD
Uma observação é que o termo original, em inglês é “transistor”, sem o acento. O problema é que em português pronunciamos “transístor” e não “transistor”, por isso é comum que ao escrever em português o termo seja “aportuguesado” e escrito com o acento. O mesmo acontece com a palavra “micron”, que é muitas vezes escrita com acento (mícron), indicando a pronúncia mais usada. Nestes casos você fica livre para escrever da forma que preferir.
O componente básico para qualquer chip é o wafer de silício que é obtido através da fusão do silício junto com os materiais que permitirão sua dopagem posteriormente. O silício é um dos materiais mais abundantes da natureza, o grande problema é que os wafers de silício precisam ser compostos de silício 99,9999% puro, o que demanda um caro e complicado processo de purificação. Qualquer impureza que passe despercebida nessa fase acabará resultando em um chip defeituoso mais adiante.
Inicialmente são produzidos cilindros, com de 20 a 30 centímetros de diâmetro, que são posteriormente cortados em fatias bastante finas:
Essas “fatias” são polidas e tratadas, obtendo os wafers de silício. A qualidade do wafer determinará o tipo de chip que poderá ser construído com base nele.
Wafers de baixa qualidade, usados para construir circuitos rudimentares, com poucos milhares de transístores, podem ser comprados a preços bastante baixos, a partir de milhares de fornecedores diferentes. Entretanto, para produzir um processador moderno, é preciso utilizar wafers de altíssima qualidade, que são extremamente caros.
Embora o silício seja um material extremamente barato e abundante, toda a tecnologia necessária para produzir os wafers faz com que eles estejam entre os produtos mais caros produzidos pelo homem. Cada wafer de 30 centímetros custa mais de 20 mil dólares para um fabricante como a Intel, mesmo quando comprados em grande quantidade.
Cada wafer é usado para produzir vários processadores, que no final da produção são separados e encapsulados individualmente. Não seria possível mostrar todos os processos usados na fabricação de um processador, mas para lhe dar uma boa idéia de como eles são produzidos, vou mostrar passo a passo a construção de um único transístor. Imagine que um Core 2 Duo possui 291 milhões de transístores e cada wafer permite produzir algumas centenas de processadores.
Tudo começa com o wafer de silício em seu estado original:
A primeira etapa do processo é oxidar a parte superior do wafer, transformando-a em dióxido de silício. Isso é feito através da exposição do wafer a gases corrosivos e a altas temperaturas. A fina camada de dióxido de silício que se forma é que será usada como base para a construção do transístor:
Em seguida é aplicada uma camada bastante fina de um material fotossensível sobre a camada de dióxido de silício.
Usando uma máscara de litografia, é jogada luz ultravioleta apenas em algumas áreas da superfície. A máscara tem um padrão diferente para cada área do processador, de acordo com o desenho que se pretende obter:
A técnica usada aqui é chamada de litografia óptica. Existem diversas variações da tecnologia, como a EUVL (Extreme Ultra Violet Lithography), usada nos processadores atuais. Quanto mais avançada a técnica usada, menores são os transístores, permitindo o desenvolvimento de processadores mais complexos e rápidos.
A camada fotossensível é originalmente sólida, mas ao ser atingida pela luz ultravioleta transforma-se numa substância gelatinosa, que pode ser facilmente removida. Depois de remover as partes moles da camada fotossensível (através de um banho químico), temos algumas áreas do dióxido de silício expostas, e outras que continuam cobertas pelo que restou da camada:
O wafer passa por um novo banho químico (baseado em compostos diferentes), que remove as partes do dióxido de silício que não estão protegidas pela camada fotossensível. Apesar disso, o restante continua intacto:
Finalmente, é removida a parte que restou da camada fotossensível. Note que, como temos substâncias diferentes, é possível remover uma camada de cada vez, ora o dióxido de silício, ora a própria camada fotossensível. Com isto é possível “desenhar” as estruturas necessárias para formar os transístores:
Cada transístor é formado para várias camadas, dependendo do projeto do processador. Neste exemplo, temos um transístor simples, mas os processadores atuais utilizam um numero muito maior de camadas, mais de vinte em alguns casos, dependendo da densidade que o fabricante pretende alcançar.
Começa então a construção da segunda camada do transístor. Inicialmente o wafer passa novamente pelo processo de oxidação inicial, sendo coberto por uma nova camada (desta vez bem mais fina) de dióxido de silício. Note que apesar da nova camada de dióxido de silício, o desenho anterior é mantido.
Em seguida é aplicada uma camada de cristal de silício sobre a estrutura anterior. Sobre ela é aplicada uma nova camada de material fotossensível, que será usado na fase seguinte:
O waffer passa novamente pelo processo de litografia, desta vez utilizando uma máscara diferente. O processo de fabricação das diferentes camadas do processador baseia-se justamente na repetição deste processo básico, alternando o uso de diferentes máscaras de litografia e banhos químicos:
Novamente, a parte da camada fotossensível que foi exposta à luz é removida, deixando expostas partes das camadas de cristal de silício e dióxido de silício, que são removidas em seguida:
Como na etapa anterior, é removido o que restou da camada fotossensível. Terminamos a construção da segunda camada do transístor:
Chegamos a uma das principais etapas do processo de fabricação, que é a aplicação das impurezas, que transformarão partes do wafer de silício num material condutor. Essas impurezas também são chamadas de íons. Note que os íons aderem apenas à camada de silício que foi exposta no processo anterior e não às camadas de dióxido de silício ou à camada de cristal de silício:
É adicionada então uma terceira camada, composta por um tipo diferente de cristal de silício, e novamente é aplicada a camada fotossensível sobre todo o material:
O wafer passa novamente pelo processo de litografia, usando mais uma vez uma máscara diferente:
As partes do material fotossensível expostas à luz são removidas, expondo partes das camadas inferiores, que são removidas em seguida:
Temos agora pronta a terceira camada do transístor. Veja que a estrutura do transístor já está quase pronta, faltando apenas os filamentos condutores:
Uma finíssima camada de metal é aplicada sobre a estrutura anterior. Nos processadores atuais, que são produzidos através de uma técnica de produção de 0.065 micron, essa camada metálica tem o equivalente a apenas 3 átomos de espessura.
O processo de aplicação da camada fotossensível, de litografia e de remoção das camadas, é aplicado mais uma vez, com o objetivo de remover as partes indesejadas da camada de metal. Finalmente temos o transístor pronto.
Cada processador é constituído por vários milhões de transístores, divididos em diversos grupos de componentes, entre eles as unidades de execução (onde as instruções são realmente processadas) e os caches. Como todo processador atual processa várias instruções por ciclo, são incluídos diversos circuitos adicionais, que organizam e ordenam as instruções, de forma a aproveitar da melhor maneira possível os recursos disponíveis.
Como você viu, embora absurdamente mais avançado, o processo de fabricação dos processadores é muito similar ao processo de revelação de fotos, onde a imagem do negativo é impressa no papel fotográfico usando luz. O “negativo” neste caso são as retículas (as máscaras de litografia).
Embora nesse exemplo tenha mostrado a produção de um único transístor, na produção real são usadas máscaras contendo todos os componentes do processador. No final do processo, teríamos um processador inteiro pronto, em toda a sua complexidade, ao invés de um transístor solitário.
No começo (início da década de 70), os filmes usados para produzir as máscaras de litografia eram, literalmente, feitos a mão, usando rubylith, um filme plástico de duas camadas, que é ainda usado por artistas gráficos. O engenheiro cortava a camada superior usando um estilete, criando um desenho das trilhas e outros componentes que seriam posteriormente “impressos” no wafer de silício formando o chip. Eram usadas várias máscaras diferentes, que deveriam combinar-se com precisão absoluta. Esta é uma foto antiga, publicada no Intel Technology Journal, que mostra como o trabalho era delicado:
Existiram inclusive histórias engraçadas, como o Intel 3101, o primeiro chip de memória da Intel. A primeira versão acabou ficando com apenas 63 bits (ao invés de 64) devido a um erro em uma das máscaras de litografia 
.
As máscaras feitas no rubylith eram depois transferidas para um filme, através de um processo de redução, gerando as retículas usadas na produção. Devido à enorme precisão envolvida, são utilizados espectros de luz não-visível, utilizando comprimentos de onda incrivelmente curtos, geradas a partir de laser ou pulsos de de descarga.
Atualmente, o processo de produção das máscaras é completamente automatizado. O próprio desenvolvimento dos processadores mudou. Ao invés de projetar os circuitos manualmente, os engenheiros utilizam um HDL (hardware description language), como o VHDL ou o Verilog (os mais usadas atualmente), que são uma espécie de linguagem de programação para o desenvolvimento de processadores, onde o engenheiro “programa” as instruções que devem ser executadas e outras características do processador, e o HDL gera o projeto do chip.
Naturalmente, ainda é possível desenvolver processadores (ou otimizar componentes internos específicos) usando o processo manual (assim como é possível programar em assembly), mas o processo se torna muito mais lento e trabalhoso. É comum que os processadores passem por diversas revisões durante sua via útil, onde a equipe de desenvolvimento começa com um design produzido através de um HDL e depois trata de otimizá-lo sucessivamente, obtendo assim ganhos de performance e outras melhorias.
No final do processo, temos um grande arquivo, que é enviado para a fábrica, onde são produzidas as retículas e feitas as demais fases do processo. Uma vez terminado o projeto, os engenheiros precisam esperar várias semanas até que os primeiros chips funcionais sejam produzidos. Qualquer erro que chegue até a fase de produção geraria um prejuízo de vários milhões, por isso o projeto passa por inúmeras revisões.
As máquinas de produção (chamadas steppers) repetem a “impressão” várias vezes, até cobrir toda a área do wafer de silício. Em seguida o wafer é movido para a máquina com a máscara seguinte e assim continua, até que o processo esteja completo. Todo o processo é feito numa sala limpa, por engenheiros usando os trajes de astronauta que aparecem nos comerciais da Intel. Todo cuidado é pouco, já que cada wafer contém centenas de processadores, que juntos valem algumas dezenas de milhares de dólares. Temos aqui uma foto ilustrativa, cortesia da Intel:
Depois de pronto, o wafer é cortado, dando origem aos processadores individuais. Desses, muitos acabam sendo descartados, pois qualquer imperfeição na superfície do wafer, partícula de poeira, ou anomalia durante o processo de litografia acaba resultando numa área defeituosa. Como não é possível produzir um wafer de silício quadrado, temos também os processadores “incompletos”, que ocupam as bordas do wafer e que também são descartados no final do processo.
Processo de corte do wafer de silício (imagem cortesia da Micron)
Você poderia perguntar o porquê de não utilizarem retículas maiores para imprimir todo o wafer de uma única vez, ao invés de ter que repetir o processo para cada processador individual. O problema aqui reside no foco, que é perfeito no centro e sensivelmente pior nas bordas.
Já é difícil desenvolver máquinas que consigam manter o foco na área do chip, o que dizer então de mantê-lo em toda o wafer, que é uma superfície muito maior. É por isso também que os processadores são sempre mais ou menos quadrados, já que o formato permite obter o melhor foco.
Cada processador é testado individualmente, através de um processo automático. O wafer é finalmente cortado e os processadores “bons” são finalmente encapsulados, ou seja, instalados dentro da estrutura que os protege e facilita o manuseio e a instalação:
Nem todo processador nasce igual. Pequenas diferenças no foco, pequenos desvios no posicionamento das máquinas ao “imprimir” cada camada e assim por diante, fazem com que alguns processadores sejam mais rápidos que outros e muitos simplesmente não funcionem ou apresentem defeitos diversos. Em geral, mesmo grandes fabricantes como a Intel e AMD mantêm uma única linha de produção para cada processador. Os processadores são testados individualmente e vendidos de acordo com a freqüência de operação em que são capazes de trabalhar.
Um Core Duo 6600 (2.4 GHz) não é diferente de um Core Duo 6800 (2.96 GHz), por exemplo. Ambos compartilham a mesma arquitetura e passaram pela mesma linha de produção (pode ser que os dois tenham até mesmo compartilhado o mesmo wafer! 
. A única diferença é que o 6800 teve a “sorte” de sair mais perfeito e, graças a isso, ser capaz de operar a freqüências mais altas. Com o passar o tempo o índice de aproveitamento tende a melhorar, fazendo com que mais e mais processadores sejam capazes de operar nas freqüências mais altas, até que finalmente é introduzida uma nova técnica de fabricação, ou uma nova família de processadores, dando início a um novo ciclo.
O formato do encapsulamento varia de processador para processador. Geralmente temos um spreader, ou seja, uma proteção de metal sobre o die do processador, que fica entre ele e o cooler. Entretanto em muitos processadores, como os Athlons, Durons e Semprons antigos, é usado um encapsulamento mais simples, em que a parte central é a própria parte inferior do wafer de silício, exposta para melhorar a dissipação de calor. Nesses casos, é preciso redobrar os cuidados na hora de instalar e remover o cooler, pois qualquer dano ao núcleo será suficiente para inutilizar o processador:
Sempron soquete A, exemplo de processador sem o spreader metálico
Só a título de curiosidade: o Intel 4004 era produzido usando uma técnica de 10 micra, em que cada transístor media o equivalente a 1/100 de milímetro. Considerando que um fio de cabelo possui apenas 1/10 de milímetro de espessura, transístores de 10 micra (micra é o plural de micron) podem parecer pequenos, mas se comparados com os atuais, eles parecem pirâmides, de tão grandes.
O 486 já foi produzido numa técnica de 1 micron, onde cada transístor ocupa uma área 100 vezes menor. Enquanto o 4004 tinha apenas 2.000 transístores, o 486 tinha um milhão deles.
Como a velocidade de operação do transístor está diretamente relacionada a seu tamanho, o 486 é também brutalmente mais rápido. Enquanto o 4004 opera a 740 kHz, o 486 atingiu 100 MHz (nas versões fabricados pela Intel).
Mas isso não é nada se comparado aos processadores atuais. Um Core 2 Duo X6800 é fabricado numa técnica de 0.065 micron (237 vezes menores que os do 486!), possui 291 milhões de transístores e opera a 2.93 GHz.
Estão previstos processadores fabricados numa técnica de 0.045 micron em 2008 e 0.032 micron em 2010. Depois disso não se sabe até onde a tecnologia poderá evoluir, pois os fabricantes estão se aproximando dos limites da matéria. A 0.032 micron já temos transístores ocupando uma área equivalente a poucas centenas de átomos de silício.
Atualmente, muitos tem passado a utilizar o nanômetro como unidade de medida no lugar do micron, pois é mais fácil de pronunciar. Um nanômetro equivale a um milésimo de micron, de forma que em vez de dizer que o processador, x é fabricado numa técnica de 0.045 micron, você pode dizer que ele é fabricado numa técnica de 45 nanômetros.
Nas décadas de 1940 e 1950, todos os computadores do mundo eram gigantescos e caros, agregando tudo o que havia de mais avançado em termos de conhecimento humano. Hoje, pode parecer ridículo que qualquer calculadora de mão de 3 reais possa ter um poder de processamento muito superior ao de um ENIAC, que só de manutenção consumia o equivalente a quase 200.000 dólares por dia (em valores corrigidos). Mas, os supercomputadores continuam existindo, tão grandes e caros quanto o ENIAC, porém incomparavelmente mais rápidos do que os PCs e notebooks domésticos.
Esses mastodontes estão por trás de muitos dos avanços da humanidade e, apesar de estarem escondidos em grandes salas refrigeradas, são alvo de grande curiosidade.
Enquanto escrevo, o supercomputador mais rápido do planeta (segundo o http://www.top500.org/) é o IBM Blue Gene/L, desenvolvido pela IBM. Ele é composto por nada menos do que 131.072 processadores PowerPC e possui 32 terabytes de memória RAM.
Para chegar a esses números, a IBM desenvolveu módulos relativamente simples, cada um contendo 2 processadores, 512 MB de RAM e uma interface de rede gigabit Ethernet, similares a um PC doméstico. Esses módulos foram agrupados em racks (chamados de nós), cada um com 128 deles. No final, chegaram a 512 racks, interligados por uma complexa malha de cabos de rede, rodando um software próprio de gerenciamento. Essa gigantesca estrutura funciona como um cluster, onde o processamento é dividido em pequenos pedaços e dividido entre os módulos. Veja uma foto mostrando parte das instalações:
IBM Blue Gene/L (foto publicada com autorização da IBM)
Os primeiros supercomputadores começaram a surgir na década de 60, aliás uma década de muitos avanços, já que no final da década de 50 foi feita a transição das válvulas para os transístores. Cada transístor era centenas de vezes menor que uma válvula, era muito mais durável e tinha a vantagem de gerar pouco calor.
Todos os computadores da década de 60 já utilizavam transístores, o que permitiu o desenvolvimento dos primeiros minicomputadores. Naquela época, minicomputador era qualquer coisa do tamanho de um armário, com uma capacidade de processamento inferior ao de uma agenda eletrônica atual, das mais baratas.
Os computadores de grande porte, porém, continuaram a ser desenvolvidos, passando a ser chamados de supercomputadores. O primeiro supercomputador para fins comerciais foi o CDC 6600, que foi seguido pelos IBM 360/95 e 370/195.
Na década de 70 surgiu uma nova revolução: o microchip. Um microchip sozinho oferecia uma capacidade de processamento equivalente à de um minicomputador, mas em compensação era escandalosamente menor e mais barato. Surgiram então os primeiros microcomputadores.
Os supercomputadores da década de 70 já eram centenas de vezes mais poderosos do que os produzidos uma década antes. Os principais modelos foram o CDC 7600, o BSP, produzido pela Burroughs, e o ASC da Texas Instruments.
Esses sistemas atingiram a marca de 100 megaflops, ou seja, 100 milhões de cálculos de ponto flutuante por segundo. Essa é a mesma capacidade de processamento de um Pentium 60, porém atingida 20 anos antes.
No final da década de 70 surgiram os supercomputadores Cray, produzidos pela Seymour. O primeiro da linha, chamado de Cray 1, também processava 100 megaflops, porém o Cray-XMP atingiu a incrível marca de 1 gigaflop, ainda no início da década de 80, uma capacidade de processamento próxima à de um Pentium II 350.
Só para efeito de comparação, o Blue Gene/L, que citei há pouco, possui 360 teraflops de poder de processamento, ou seja, é 360 mil vezes mais rápido.
Apesar de mesmo um “PC de baixo custo” atualmente possuir um poder de processamento superior ao de um supercomputador, que custava 5 milhões de dólares há 15 anos atrás, a demanda por sistemas cada vez mais rápidos continua.
As aplicações são várias, englobando principalmente pesquisas científicas, aplicações militares e diversos tipos de aplicativos financeiros e relacionados à Internet; aplicativos que envolvem uma quantidade absurda de processamento, e claro, são necessários para instituições que podem pagar muito mais do que 5 ou 10 mil dólares por um computador o mais rápido possível. Existindo demanda, aparecem os fornecedores.
Atualmente, todos os supercomputadores são construídos com base em praticamente os mesmos componentes que temos em micros de mesa, memória, HDs e processadores, Intel, IBM ou AMD.
Ao invés de usar apenas um disco rígido IDE ou SATA, como num micro de mesa, um supercomputador utiliza um array de centenas de HDs, sistemas semelhantes ao RAID, mas numa escala maior, que permitem gravar dados de forma fragmentada em vários discos e ler os pedaços simultaneamente a partir de vários HDs, obtendo taxas de transferência muito altas.
Processadores e memória RAM geralmente são agrupados em nós, cada nó engloba de um a quatro processadores e uma certa quantidade de memória RAM e cache. Isso garante que os processadores tenham um acesso à memória tão rápido quanto um PC de mesa.
Os nós por sua vez são interligados através de interfaces de rede, o que os torna partes do mesmo sistema de processamento, assim como neurônios interligados para formar um cérebro. Um nó sozinho não tem uma capacidade de processamento tão surpreendente assim, mas ao interligar algumas centenas, ou milhares de nós, a coisa muda de figura.
Uma opção mais barata para instituições que precisam de um supercomputador, mas não possuem muito dinheiro disponível, é usar um sistema de processamento distribuído, ou cluster. Um cluster formado por vários PCs comuns ligados em rede.
O exemplo mais famoso de processamento distribuído foi o projeto Seti@Home, onde cada voluntário instalava um pequeno programa que utilizava os ciclos de processamento ociosos da máquina para processar as informações relacionadas ao projeto. Os pacotes de dados de 300 KB cada chegavam pela Internet e demoravam várias horas para serem processados. Isso permitiu que mais de 2 milhões de pessoas, muitas com conexão via modem, participassem do projeto. O sistema montado pela Seti@Home foi considerado por muitos o supercomputador mais poderoso do mundo, na época.
Esse tipo de sistema pode ser construído usando, por exemplo, a rede interna de uma empresa. Rodando o software adequado, todos os micros podem fazer parte do sistema, alcançando juntos um poder de processamento equivalente ao de um supercomputador. O mais interessante é que esses PCs poderiam ser usados normalmente pelos funcionários, já que o programa rodaria utilizando apenas os ciclos ociosos do processador.
A tecnologia de cluster mais usada atualmente são os clusters Beowulf, formados por vários computadores interligados em rede. Não é necessário nenhum hardware muito sofisticado: um grupo de PCs parrudos, ligados através de uma rede gigabit já é o suficiente para montar um cluster Beowulf capaz de rivalizar com muitos supercomputadores em poder de processamento. A idéia é criar um sistema de baixo custo, que possa ser utilizado por universidades e pesquisadores com poucos recursos.
O primeiro cluster Beowulf foi criado em 1994 na CESDIS, uma subsidiária da NASA. Ele era formado por 16 PCs 486 DX-100 ligados em rede. Para manter a independência do sistema e baixar os custos, os desenvolvedores optaram por utilizar o Linux.
Os clusters não servem para processar dados em tempo real (um game qualquer por exemplo), mas apenas para processar grandes quantidades de dados, que podem ser quebrados em pequenas partes e divididos entre os vários computadores. Uma área onde são populares é na aplicação de efeitos especiais e renderização de imagens para filmes de cinema. Há inclusive casos de filmes como o Shrek e o Final Fantasy, que foram renderizados inteiramente utilizando clusters Beowulf.
Guia do Hardware.net
Espera aí que tem mais:
Daquí alguns dias tem a parte 2!!!
) a gente podia pegar cada frame (que explico no glossário) do clip e editar no Photoshop.
