Procurando um processador de 100 zetahertz? Frequências absurdas nem sempre são a solução, entenda o porquê.
A informática evolui num ritmo acelerado, seguindo à risca (ou às
vezes até superando) a Lei de Moore. Apesar desse avanço constante, a
frequência dos processadores estagnou há alguns anos. Dificilmente se
sabe de um processador que trabalhe acima de 4 GHz, salvo raras exceções
de CPUs que atuam em modo Turbo ou chips alterados com processo de
overclock.
A curiosidade de muitas pessoas, contudo, está no motivo dessa
estabilidade em frequências próximas dos 3 GHz. Afinal, seguindo os
princípios que aprendemos em física de quanto maior a velocidade, mais
rápido chega-se a algum lugar, fica confuso compreender a razão pela
qual as fabricantes mantêm os clocks limitados.
Para esclarecer essa dúvida, Nossa Equipe entra em cena com mais um
artigo para desmistificar a área de hardware. Hoje, vamos abordar os
principais motivos que limitam a frequência das CPUs, alguns motivos que
as fabricantes adotam para estipular tais limites e uma teoria básica
sobre a possibilidade de elevar o clock de um processador ao máximo.
Altas temperaturas, baixas frequências
O primeiro grande fator que impede o aumento do clock nos
processadores é a temperatura elevada. Como você já deve ter percebido,
as unidades centrais de processamento esquentam muito. E, claro, esse
calor que é gerado no interior das CPUs não vem do nada.
Os atuais processadores contam com milhões de transistores — alguns
modelos com mais de um bilhão. Ocorre que quanto maior o clock da CPU,
maior é o número de ciclos realizados num mesmo segundo e,
consequentemente, maior é o número de vezes que um transistor precisa
ser desligado ou ligado. Agora, imagine esses milhões de componentes
trabalhando simultaneamente. A geração de calor é inevitável.
Frequências limitadas... (Fonte da imagem: Reprodução/Intel)
O aquecimento dos componentes eletrônicos não para por aí. Para fazer
essa enorme quantidade de interruptores serem ativados a todo o
momento, os processadores usam eletricidade. Mas, afinal, o que seria
eletricidade se não elétrons em movimento? Usando esse simples
raciocínio, você pode imaginar outro fator que faz a temperatura das
CPUs ir às alturas.
Assim como você aprendeu nas aulas de física, todo corpo em movimento
tende a gerar calor, o que não é exceção para os elétrons. Ainda que
pequenos, a enorme quantidade de elétrons trafegando a ciclos
absurdamente elevados aquece o chip do processador em muitos graus,
mesmo que o processador não esteja trabalhando na frequência máxima.
Milhões de transistores (Fonte da imagem: Divulgação/AMD)
Não bastasse a enorme quantidade de transistores e a problemática dos
elétrons, as fabricantes vêm adotando novas tecnologias de construção
para os processadores. Um espaço que antes comportava 100 transistores
hoje acomoda 600 componentes. Com isso, os transistores estão cada vez
mais próximos uns dos outros, trabalhando em frequências mais altas,
aquecendo mais e mantendo o calor preso numa mesma região.
O atraso na comunicação
Depois dessa longa explicação sobre a temperatura nos processadores,
temos um segundo fator separado que impede o aumento infinito da
frequência. Trata-se do atraso na comunicação entre os componentes
internos.
A arquitetura das CPUs conta com diversas peças de tamanho ínfimo, as
quais têm funcionalidades diferentes e ficam posicionadas em locais
estratégicos. Acontece que nenhum componente pode trabalhar sozinho,
sendo que cada tarefa ordenada pelo usuário é processada, organizada e
dividida dentro do processador.
Assim, um processo é repartido em diversos pedaços, os quais são
distribuídos para diferentes setores da unidade central de
processamento. Acontece que para enviar os dados de um lado para outro e
retorná-los para os outros dispositivos do computador, o processador
conta com diversas trilhas internas.
Dados demoram para chegar de um lado ao outro (Fonte da imagem: Divulgação/AMD)
Esses pequenos caminhos por onde trafegam os dados são compostos de
cobre ou alumínio. Apesar de transmitirem bem a eletricidade, tais
materiais oferecem resistência à passagem de corrente, o que pode
resultar em atrasos na comunicação. Todavia, para que o processador atue
na frequência proposta, é preciso que todos os componentes trabalhem em
conjunto, simultaneamente e com o mínimo de atraso possível.
Fora esse problema dos dados trafegando entre um lugar e outro,
existem problemas quanto ao funcionamento dos transistores. Apesar de a
atual tecnologia possibilitar que eles trabalhem com clocks elevados,
não é garantido que todos os transistores consigam ligar (ou desligar)
em frequências tão altas, daí outro motivo de restringir a “velocidade”.
A estratégia mudou
Deixando os problemas físicos de lado, temos que considerar as
estratégias das fabricantes. Apesar de você possivelmente pensar o
contrário, faz todo sentido limitar a frequência dos processadores, ao
menos se levarmos em consideração as atuais arquiteturas e o modo de
trabalho das CPUs.
Se pensarmos bem, tanto a Intel quanto a AMD pararam na casa dos 3
GHz há anos. Contudo, é comum ouvirmos notícias, com certa
periodicidade, sobre o aumento dos núcleos nos processadores.
Considerando apenas modelos para desktops, podemos ver que a Intel
investe atualmente em CPUs com 4 e 6 núcleos. A AMD, por outro lado,
trabalha com unidades de 4, 6 e até 8 núcleos.
Intel Core i7-990X (Fonte da imagem: Reprodução/Intel)
Mas, afinal, por que essa mudança nos processadores? Quais os
benefícios? Ao que tudo indica, a estratégia das duas fabricantes foi
alterar as arquiteturas das CPUs para que elas pudessem acompanhar o
avanço dos softwares.
E de nada adiantaria forçar um processador a trabalhar na frequência
de 25 GHz se ele pudesse executar uma única tarefa por vez. Dessa
maneira, a ideia foi investir na divisão de tarefas, fazendo com que
diversos núcleos trabalhassem com um clock razoável, mas forçando a CPU a
trabalhar com vários processos. Isso, na prática, parece ter sido uma
ideia muito lógica e benéfica para um ganho de desempenho considerável.
Na teoria, tão velozes quanto a luz
Com os argumentos citados acima, você provavelmente já se
conscientizou de que não é possível obter frequências mais altas nos
processadores. Entretanto, se analisarmos o assunto de outro ângulo, por
um lado bem teórico, os clocks poderiam ser elevados a patamares
extremamente elevados.
Se algum dia uma fabricante pudesse produzir um processador que
usasse outro material para conduzir eletricidade, de preferência um que
oferecesse baixíssima resistência (como o ouro) ou um elemento que não
interferisse na passagem de corrente, o aumento de frequência seria
altíssimo.
Dessa forma, o envio de dados dentro do processador dependeria apenas
da velocidade da eletricidade, o que resultaria na comunicação com uma
velocidade próxima à da luz. Com base em aproximações físicas, a
quantidade de Hertz obtida em tal velocidade resultaria em algo entre 10
ZHz e 100 ZHz — zetahertz, que são superiores aos gigahertz, terahertz,
petahertz e exahertz.
Evidentemente, além de componentes eletrônicos que não oferecessem
resistência à passagem de corrente elétrica, seria preciso um chip com
componentes capazes de atuar nessa frequência, visto que a velocidade
para ligar e desligar os transistores seria ínfima.
O futuro promete
Apesar das diversas limitações que existem nos atuais processadores, a
evolução nas CPUs não parou. Isso significa que em breve, talvez em 5
ou 10 anos, teremos modelos operando a 5 GHz ou 6 GHz. Tal aumento no
clock pode parecer pequeno, porém, devemos considerar que as fabricantes
não vão parar de investir na quantidade de núcleos, em novas
arquiteturas e na diminuição do tamanho dos componentes.
Overclocks permitem frequências absurdas (Fonte da imagem: Divulgação/CPU-Z)
Assim, ainda que as frequências aumentem em pequena escala, temos de
considerar que será possível usar dispositivos muito menores e mais
finos, que utilizem pouca energia, gerem pouquíssimo calor e atinjam
níveis de desempenho estrondosos.
Seja como for, devemos ter em mente que mesmo com limitações nas
frequências, os atuais processadores voltados aos desktops fornecem
velocidade suficiente para a execução de quaisquer tarefas que você
deseje realizar.
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