Os microprocessadores planos de silício 2D de hoje estão se tornando tão rápidos que o tempo necessário para obter um sinal de um lado do chip para o outro - muito menos entre processadores - está se tornando um fator limitante significativo.

Uma forma de lidar com isso está sendo explorada no campo da fotônica de silício - substituindo conexões elétricas por luz mais rápida -, mas pesquisadores da Universidade de Rochester, no Estado de Nova York, afirmam que resolveram esse problema de outra forma: criando o primeiro trabalho do mundo. chip em três dimensões.

"Eu chamo isso de cubo agora, porque não é mais apenas um chip", diz Eby Friedman, professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Rochester. "Quando as fichas estão niveladas umas contra as outras, elas podem fazer coisas que você nunca faria com um chip 2D comum", afirma ele..

Construa, não fora

Corretamente chamado de NoC 3D (Network on Chip), o cubo de Friedman não é composto por vários microprocessadores convencionais simplesmente empilhados usando barramentos comuns de dados e endereços. Ele e o estudante de engenharia Vasilis Pavlidis projetaram seu dispositivo do zero. Seu NoC tem melhor capacidade de sincronização, distribuição de energia e transferência de dados do que chips convencionais empilhados. O protótipo é executado em respeitáveis ​​1.4GHz, como descrito em um documento encontrado em www.tinyurl.com/3uumee.

A razão pela qual o chip de Friedman é um avanço é que você só pode embalar os transistores com tanta força em duas dimensões antes de começar a funcionar mal. Isso determina o limite superior para o poder de processamento que um único chip pode comandar. Friedman diz que chips 3D não devem sofrer esse limite.

"Vamos atingir um ponto em que não podemos dimensionar circuitos integrados menores? Horizontalmente, sim", diz ele. "Mas vamos começar a escalar verticalmente, e isso nunca vai acabar. Pelo menos não na minha vida. Você deve conversar com meus netos sobre isso."

A arquitetura projetada pela equipe contém três chips de silício especialmente projetados e possui milhões de furos no isolamento que os separa para fazer conexões entre transistores em diferentes camadas. A chave para o design tem feito todas as três camadas interagirem como um único chip.

Em um comunicado de imprensa emitido pela Universidade de Rochester, fazer os três chips funcionarem juntos foi descrito como "como tentar criar um sistema de controle de tráfego para os Estados Unidos - e colocar mais dois Estados Unidos acima do primeiro e de alguma forma de tráfego de qualquer ponto em qualquer nível para o seu destino em qualquer outro nível. "

Principais vantagens

O incentivo para superar essas dificuldades valeu a pena, no entanto. "A maior vantagem [dos chips 3D] é a redução considerável no comprimento e no número de interconexões globais", diz Friedman. Isso, afirma ele, resultará em maior desempenho e menor consumo de energia.

O protótipo já mostra uma economia de energia entre 58 e 62 por cento em comparação com um microprocessador 2D convencional da mesma velocidade. Friedman afirma que as camadas individuais nem precisam ser siliciosas, dando origem à possibilidade de criar novos processadores muito estranhos..

Algumas das camadas de um NoC 3D típico podem ser usadas para executar funções específicas, como armazenamento de dados e processamento de imagens, ou podem consistir em chips personalizados para uso em telefones celulares e outros bens de consumo. Como cada camada funciona em paralelo com as outras, um futuro tocador de MP3 pode ter uma camada que converte músicas armazenadas em áudio sob demanda..

Como os NoCs 3D são essencialmente apenas placas de circuito dobradas com conexões mais curtas entre eles, os chips dentro de dispositivos como o iPod poderiam ser reduzidos a um décimo de seu tamanho com dez vezes a velocidade.

Por quanto tempo podemos ter que esperar pelos primeiros 'PCs de cubo', ninguém sabe, mas os projetistas de chips já estão começando a sentir as limitações do 2D. Um design 3D x86 ou mesmo de 64 bits poderia levar a linha de arquitetura muito mais longe, aumentando o desempenho e diminuindo o consumo de energia.

É claro que tudo depende de as interconexões baseadas em luz se tornarem tão rápidas quanto a Intel nos faria acreditar…

Publicado pela primeira vez em PC Plus, Questão 275

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