Por volta de 2020, a idade de todos os tempos de processador menor virá a um fim – e é melhor se preparar para ela
Este artigo é um trecho do novo livro de condensado Michio Kaku, “The Physics of the Future”.
Lembro-me vividamente de estar no escritório de Mark Weiser, em Silicon Valley quase 20 anos atrás, como ele me explicou a sua visão do futuro. Gesticulando com as mãos, ele me disse com entusiasmo uma nova revolução estava prestes a acontecer que mudaria o mundo. Weiser fazia parte da elite do computador, trabalhando na Xerox PARC (Palo Alto Research Center, que foi o primeiro a Pioneira do computador pessoal, a impressora a laser, e arquitetura do Windows “, com interface gráfica de usuário), mas ele era um rebelde, um iconoclasta que estava quebrando a sabedoria convencional, e também membro de uma banda de rock selvagem.
Naquela época (parece que há muito tempo atrás), computadores pessoais eram novos, apenas começando a penetrar a vida das pessoas, à medida que lentamente aquecido a idéia de comprar grandes computadores volumosos para fazer análise de planilhas e um pouco de palavra processamento. A Internet ainda era em grande parte da província isolada de cientistas como eu, acionando as equações para colegas cientistas em uma linguagem arcana.
Havia fúria debates sobre se esta caixa na sua mesa seria desumanizar civilização, com seu olhar frio e implacável. Mesmo o analista político William F. Buckley tinha de defender o processador de texto contra os intelectuais que se uniram contra ele e se recusava a tocar em um computador, chamando-o um instrumento dos filisteus.
Foi nesta época da controvérsia que Weiser cunhou a expressão “computação onipresente”. Vendo muito além do computador pessoal, ele previu que os chips de um dia se tornaria tão barato e abundante que estariam espalhados por todo o ambiente – em nossas roupas, nossos móveis, as paredes, até mesmo os nossos corpos. E todos eles seriam ligados à Internet, compartilhamento de dados, tornando nossa vida mais agradável, monitorando todos os nossos desejos. Em todos os lugares que nos mudamos, chips estaria lá silenciosamente realizar nossos desejos. O ambiente estaria vivo.
Por sua vez, o sonho de Weiser era estranho, absurdo mesmo. A maioria dos computadores pessoais ainda eram caros e não estão mesmo ligados à Internet. A idéia de que bilhões de minúsculos chips que um dia seria tão barato como a água corrente foi considerado loucura.
E então eu lhe perguntei porque ele sentia tanta certeza sobre essa revolução. Ele calmamente respondeu que o poder computacional foi crescendo exponencialmente, sem fim à vista. Faça as contas, ele deixou implícito. Era só uma questão de tempo. (Infelizmente, Weiser não viveu o suficiente para ver sua revolução se tornar realidade, morrendo de câncer em 1999.)
A fonte motriz por trás sonhos proféticos Weiser é uma coisa chamada lei de Moore, uma regra de ouro que tem impulsionado a indústria de computadores por cinqüenta anos ou mais, ajustando o ritmo para a civilização moderna como um relógio. A lei de Moore diz simplesmente que o poder de computador dobra a cada dezoito meses. De acordo com a lei de Moore, em cada Natal o novos jogos de computador são quase duas vezes mais poderoso (em termos do número de transistores), como os do ano anterior. Além disso, como o passar dos anos, esse ganho incremental torna-se monumental. Por exemplo, quando você recebe um cartão de aniversário no e-mail, que muitas vezes tem um chip que canta “Feliz Aniversário” para você. Notavelmente, esse chip tem mais poder computacional do que todas as forças aliadas de 1945. Hitler, Churchill, Roosevelt ou poderia ter matado para obter esse chip. Mas o que fazemos com ele? Depois do aniversário, lançamos o cartão e chip de distância. Hoje, seu telefone celular tem mais poder computacional do que todos da NASA em 1969, quando colocou dois astronautas na lua. Jogos de vídeo, que consomem enormes quantidades de energia de computador para simular situações em 3-D, o uso mais poder computacional do que os computadores mainframe da década anterior. O PlayStation da Sony de hoje, que custa 300 dólares, tem o poder de um supercomputador militar de 1997, que custou milhões de dólares.
Então o velho paradigma (um único chip dentro de um computador desktop ou laptop conectado a um computador) está sendo substituído por um novo paradigma (milhares de chips espalhados dentro de cada artefato, como móveis, eletrodomésticos, quadros, paredes, carros e roupas, todos conversando entre si e conectados à Internet).
Quando esses chips são inseridos em um aparelho, é milagrosamente transformada. Quando os chips foram inseridos em máquinas de escrever, tornaram-se processadores de texto. Quando inserido em telefones, eles se tornaram os telefones celulares. Quando inserido em câmeras, elas se tornaram máquinas fotográficas digitais. máquinas de Pinball tornou-se jogos de vídeo. Fonógrafos tornou iPods. Aviões se tornou mortal drones Predador. Cada vez, uma indústria foi revolucionado e renasceu. Finalmente, quase tudo ao nosso redor se tornará inteligente. Chips serão tão baratos que eles vão mesmo custar menos do que o invólucro de plástico e substituirá o código de barras. Empresas que não fazem os seus produtos inteligentes podem encontrar-se afastados dos negócios de seus concorrentes que fazem.
Claro, que ainda será cercada por monitores de computador, mas eles se assemelham papel de parede, porta-retratos ou fotografias de família, ao invés de computadores. Imagine todas as imagens e fotografias que decoram as nossas casas hoje, agora imagine cada um ser animado, em movimento, e conectado à Internet. Quando andamos lado de fora, vamos ver passar fotos, pois as imagens em movimento vai custar tão pouco quanto as estáticas.
O destino de computadores – como outras tecnologias de massa como o papel, eletricidade e água corrente – é tornar-se invisível, ou seja, desaparecem o tecido de nossas vidas, estar em toda parte e em lugar nenhum, em silêncio e sem problemas realização de nossos desejos .
Hoje, quando entramos em um quarto, nós automaticamente procurar o interruptor da luz, desde que assumimos que as paredes são eletrificadas. No futuro, a primeira coisa que vamos fazer ao entrar em um quarto está a olhar para o portal na Internet, porque nós vamos assumir a sala é inteligente. Como escritor Max Frisch disse certa vez: “A tecnologia [é] a habilidade de organizar o mundo de modo que não temos a experiência dela.”
Temos de perguntar: Quanto tempo pode isto última revolução do computador? Se a lei de Moore é válido para outros cinquenta anos, é concebível que os computadores vão ultrapassar rapidamente o poder computacional do cérebro humano. Pela metade do século, uma nova dinâmica irá ocorrer. Como George Harrison disse certa vez: “Todas as coisas devem passar.” Mesmo a lei de Moore deve terminar, e com ele o espetacular crescimento do poder de computador que tem alimentado o crescimento económico para a metade do século passado.
Hoje, é um dado adquirido, e na verdade acredito que é nosso direito, de ter produtos de informática de poder sempre crescente e complexidade. Ã por isso que comprar produtos de informática novos a cada ano, sabendo que eles são quase duas vezes mais potente como modelo do ano passado. Mas se cai a Lei de Moore – e cada geração de produtos de informática tem aproximadamente o mesmo poder e velocidade da geração anterior -, por que se preocupar em comprar novos computadores?
Como os chips são colocados em uma grande variedade de produtos, isso poderia ter efeitos desastrosos sobre o conjunto da economia. Como indústrias inteiras ficar paralisada, milhões poderiam perder seus empregos ea economia pode ser atirado ao tumulto.
Anos atrás, quando nós, os físicos apontou o inevitável colapso da lei de Moore, tradicionalmente a indústria ridicularizou as nossas reivindicações, o que implica que nós estávamos a chorar lobo. O fim da lei de Moore foi predito tantas vezes, diziam eles, que eles simplesmente não acredito nisso.
Mas não mais.
Dois anos atrás, foi convidado principal de uma grande conferência da Microsoft na sua sede principal em Seattle, Washington. Três mil dos principais engenheiros da Microsoft estavam na platéia, à espera de ouvir o que eu tinha a dizer sobre o futuro dos computadores e das telecomunicações. Olhando para a multidão, pude ver os rostos dos jovens, entusiasmados engenheiros que seria a criação de programas que serão executados nos computadores sentados nas secretárias e voltas. Eu estava sem corte sobre a lei de Moore, e disse que a indústria tem que se preparar para este colapso. Uma década antes, eu poderia ter sido recebidas com riso ou um snickers poucos. Mas desta vez eu só vi as pessoas balançando suas cabeças.
Assim, o colapso da lei de Moore é uma questão de importância internacional, com trilhões de dólares em jogo. Mas exatamente como isso vai acabar, eo que irá substituí-lo, depende das leis da física. As respostas a estas perguntas acabará rock física da estrutura económica do capitalismo.
Para entender essa situação, é importante perceber que o sucesso extraordinário da revolução do computador baseia-se em vários princípios da física. Primeiro, os computadores têm velocidade impressionante porque os sinais elétricos viajam em velocidade próxima à da luz, que é a velocidade final no universo. Em um segundo, um feixe de luz pode viajar ao redor do mundo sete vezes ou chegar à lua. Os elétrons também são facilmente movimentados e fracamente ligados ao átomo (e pode ser raspado apenas penteando o cabelo, andar sobre um tapete, ou fazendo a sua roupa – é por isso que nós temos com estática). A combinação dos elétrons frouxamente ligados a sua enorme velocidade e nos permite enviar sinais elétricos em um ritmo de cegueira, que criou a revolução elétrica do século passado.
Em segundo lugar, não há praticamente nenhum limite para a quantidade de informação que você pode colocar em um raio laser. As ondas de luz, porque eles vibram muito mais rápido que as ondas sonoras, pode levar muito mais informação do que o som. (Por exemplo, pense em esticar um longo pedaço de corda e, em seguida vibrando um final rápido. Quanto mais rápido você mexer um lado, os sinais mais você pode enviar junto com a corda. Daí, a quantidade de informação que você pode espremer em uma onda aumenta a mais rápido você vibrar, isto é, aumentando a sua frequência.) A luz é uma onda que vibra em cerca de 1014 ciclos por segundo (que é 1 com 14 zeros). Leva muitos ciclos para transmitir um bit de informação (1 ou 0). Isso significa que um cabo de fibra óptica podem transportar cerca de 1011 bits de informação em uma única freqüência. E este número pode ser aumentado por cramming muitos sinais em uma única fibra óptica e, em seguida, a agregação destas fibras em um cabo. Isso significa que, aumentando o número de canais em um cabo e, em seguida, aumentar o número de cabos, pode-se transmitir informações quase sem limite.
Terceiro, e mais importante, a revolução do computador é impulsionado pela miniaturização de transistores. Um transistor é um portão, ou interruptor, que controla o fluxo de eletricidade. Se um circuito elétrico é comparado ao encanamento, em seguida, um transistor é como uma válvula de controle do fluxo de água. Da mesma forma que o simples toque de uma válvula pode controlar um enorme volume de água, o transistor permite um fluxo pequeno de eletricidade para controlar um fluxo muito maior, assim, ampliando seu poder.
No coração desta revolução é o chip de computador, que podem conter centenas de milhões de transistores em uma pastilha de silício do tamanho de uma unha. Dentro do seu computador portátil, existe um chip cujo transistores só pode ser visto sob um microscópio. Esses transistores são incrivelmente pequenos criados da mesma forma que os desenhos em t-shirts são feitas.
Projetos em t-shirts são produzidas em massa, criando primeiro uma matriz com o esboço do padrão que se deseja criar. Em seguida, o estêncil é colocada sobre o pano, e tinta spray é aplicado. Somente onde há lacunas no estêncil é a tinta penetre no tecido. Uma vez que o estêncil é removido, a pessoa tem uma cópia perfeita do padrão sobre a t-shirt.
Da mesma forma, um estêncil é feito com a intrincada contornos de milhões de transistores. Este é colocado sobre uma bolacha contendo muitas camadas de silício, que é sensível à luz. A luz ultravioleta é focalizada sobre o estêncil, que então penetra através das aberturas do estêncil e expõe o wafer de silício.
Em seguida, o wafer é banhado em ácido, esculpindo os contornos dos circuitos e criar o desenho intrincado de milhões de transistores. Uma vez que a hóstia é constituída por muitos condutores e semicondutores camadas, os cortes de ácido no wafer em diferentes profundidades e padrões, assim pode-se criar circuitos de enorme complexidade.
Uma razão pela qual a lei de Moore tem incansavelmente aumentou o poder dos chips é porque a luz UV pode ser ajustado de modo que seu comprimento de onda é menor e menor, fazendo o possível para gravar transistores cada vez menores em pastilhas de silício. Desde que a luz UV tem um comprimento de onda de apenas 10 nanômetros (um nanômetro é um bilionésimo de metro), isto significa que o menor transistor que você pode gravar é de cerca de trinta átomos de largura.
Mas este processo não pode durar para sempre. Em algum momento, será fisicamente impossível para a etch transistores desta forma que são do tamanho de átomos. Você mesmo pode calcular aproximadamente, quando a lei de Moore vai finalmente colapso: quando você finalmente bater transistores do tamanho de átomos individuais.
Cerca de 2020 ou logo depois, a lei de Moore vai gradualmente deixar de prender verdadeiro e do Vale do Silício pode lentamente se transformar em um cinturão de ferrugem menos uma tecnologia de substituição for encontrado. Transistor será tão pequeno que a teoria quântica ou a física atômica e os elétrons assume vazar dos fios. Por exemplo, a camada mais fina dentro do seu computador será de cerca de cinco átomos de largura. Nesse ponto, de acordo com as leis da física, a teoria quântica, assume. O princípio da incerteza de Heisenberg afirma que não é possível saber a posição ea velocidade de qualquer partícula. Isso pode soar absurdo, mas no nível atômico você simplesmente não pode saber onde o elétron é, por isso nunca pode ser limitado precisamente em um fio ultrafino ou camada e, necessariamente, vazamentos, causando o circuito curto-circuito. De acordo com as leis da física, acabou a Era do Silício terá chegado ao fim, quando entramos na era pós-silício.
Extraído de Física do Futuro por Michio Kaku Copyright (c) 2011 por Michio Kaku. Extraído com permissão da Doubleday, uma divisão da Random House, Inc. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste trecho pode ser reproduzida ou reproduzida sem a permissão por escrito da editora.
Michio Kaku é professor de física na CUNY Graduate Center, um co-fundador da teoria do campo string e autor de vários livros de ciência. Seu novo livro é “Física do Futuro”.
Tradução google.
