O que é um chip de computador?
O chip de computador é um wafer minúsculo feito de material semicondutor com um circuito eletrônico incorporado. Ele contém milhões de componentes eletrônicos microscópicos, chamados transistores, que transmitem sinais de dados. No início, os chips eram fisicamente grandes, e a computação era algo feito apenas em laboratórios nacionais, universidades ou grandes empresas. Inovações posteriores na tecnologia de chips de computador resultaram no desenvolvimento de processadores de alta performance que alimentam todos os tipos de aplicações avançadas de análise, gráficos e machine learning. À medida que o tamanho dos chips de computador foi diminuindo, tornou-se possível criar computadores menores que pudessem ser usados em casa. Hoje, o chip de computador está onipresente em nossa vida, em tudo, dos micro-ondas até as escovas de dente.
Como os chips de computador são feitos?
Os chips de computador geralmente são produzidos em unidades de fabricação ou fábricas. Eles são feitos de silício, um elemento químico comum encontrado na areia. O silício é um semicondutor, ou seja, sua condutividade elétrica é menor do que em metais como o cobre e maior do que em isolantes como o vidro.
Veja aqui um resumo do processo de fabricação de chips.
Extração e modelagem do silício
Extraem-se lingotes de silício monocristalino por meio de fusão e refino de areia. Os lingotes são quase 100% puros. Eles são cortados em chips finos como wafer, que são limpos, polidos e revestidos com uma camada de dióxido de silício. Adiciona-se um revestimento de um produto químico conhecido como fotorresiste sobre os wafers de silício para aumentar a fotossensibilidade. Tomam-se precauções rigorosas para garantir que não haja contaminação de poeira ou de outras substâncias estranhas durante o processo. Depois que os chips básicos de silício estão prontos, gravam-se os circuitos eletrônicos neles.
Gravação de circuitos
O wafer de silício é coberto por uma placa com padrão de circuito chamada máscara, que é exposta à luz ultravioleta. A luz endurece o material exposto do fotorresiste no padrão do circuito. Em seguida, os gases quentes derretem o material exposto para revelar o dióxido de silício abaixo dele. Um cenário 3D fica para trás, replicando o padrão de design do circuito da máscara.
No processo de fabricação de chips, a gravação é a remoção química de camadas do wafer, e a dopagem é a introdução de impurezas para modificar o wafer. O processo de gravação e dopagem pode ser repetido centenas de vezes no mesmo chip de computador para criar circuitos integrados mais complexos.
Como os chips de computador funcionam?
Os chips de computador funcionam transmitindo sinais elétricos pelos elementos do circuito.
Circuitos integrados analógicos
Os circuitos analógicos transmitem sinais contínuos e variáveis durante um período determinado. O sinal de saída é uma função linear da entrada com tensões diretamente proporcionais. Esse tipo de circuito integrado é usado para funcionalidades de dispositivos como temporizadores, comparadores, reguladores de tensão e amplificadores operacionais. Chips analógicos são usados em geradores de varredura, osciladores, amplificadores de áudio e filtros.
Circuitos integrados digitais
Os circuitos digitais transmitem sinais descontínuos ou binários. A tensão de saída pode ser alta ou baixa. A alta tensão representa o valor booleano 1, e a baixa tensão representa o valor 0.
Os circuitos digitais são criados para executar diferentes operações lógicas como AND, OR e NAND. Por exemplo, a operação lógica OR corresponde à adição booleana e é a base das operações de adição computacionais. Assim, os circuitos integrados digitais formam a base de todas as operações de computação. Eles são essenciais para todos os dispositivos programáveis, placas-mãe, microcontroladores e memória.
Circuitos integrados de sinal misto
Os chips mistos combinam elementos de chips analógicos e digitais. O design híbrido possibilita ter chips que atuem como conversores digital-analógico e analógico-digital. Esses circuitos integrados avançados são outro componente essencial da computação moderna.
Circuitos quânticos
Os circuitos quânticos são a próxima etapa da evolução computacional. O circuito quântico é uma rotina de computação que define uma série de operações quânticas lógicas nos qubits, ou bits quânticos, subjacentes. Os qubits são representados por partículas quânticas que são diferentes dos sinais digitais booleanos. Os sinais booleanos são 1 ou 0, mas os qubits podem ser colocados em sobreposição de estados. Os chips com circuitos quânticos formam a base da computação quântica, que é uma tecnologia em desenvolvimento.
Quais são os tipos de chip de computador?
Os chips de computador são classificados em quatro categorias gerais, de acordo com a funcionalidade.
Chips de memória
Os chips de memória armazenam programas e dados em computadores e em dispositivos de armazenamento. Os chips de RAM fornecem armazenamento temporário, enquanto as unidades flash e as unidades de estado sólido (SSDs) podem reter informações de forma permanente. As unidades de memória flash podem armazenar dados mesmo quando a corrente elétrica é desligada.
Chips lógicos
Os chips processadores ou lógicos processam dados para realizar tarefas. Eles são o cérebro dos dispositivos eletrônicos modernos. As CPUs são o principal tipo de chip lógico encontrado nos microprocessadores de servidores e em outros hardwares de computação. Porém, os chips lógicos também podem ser desenvolvidos para funções específicas. Veja alguns exemplos:
- Unidades de processamento gráfico são criadas para otimizar exibições visuais
- Unidades de processamento neural são criadas para aplicações de aprendizado profundo e machine learning
Leia sobre aprendizado profundo »
ASICs
Circuitos integrados específicos da aplicação (ASICs) são criados para executar rotinas de processamento repetitivas para uma aplicação específica. Esses chips modernos são produzidos em grandes lotes para dispositivos de única finalidade, como leitores de código de barras. Outro exemplo é a mineração de bitcoins, em que os ASICs executam as complexas rotinas matemáticas necessárias para produzir novos bitcoins.
SoCs
O sistema em um chip (SoC) é um tipo mais recente de chip. Todos os componentes eletrônicos necessários para um sistema inteiro são incorporados em um chip. Os recursos de SoC são mais extensos do que os microcontroladores. Em geral, um microcontrolador combina a CPU com memória e processamento de E/S. Porém, o SoC pode integrar gráficos, áudio, câmera e processamento de vídeo.
De que modo a AWS contribui para a inovação de chips de computador?
A Amazon Web Services (AWS) dedicou anos à criação de chips de computador personalizados otimizados para a nuvem. Como resultado, o Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) oferece instâncias baseadas em processadores criados pela AWS que são otimizadas para uma variedade de workloads que exigem altos níveis de computação, memória e armazenamento. O Amazon EC2 também oferece chips de machine learning (ML) com propósito específico para treinamento e inferência de ML.
Veja outras inovações da AWS:
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