Mais que Moore
18 de fevereiro de 2024
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Introdução À medida que a tecnologia avança, a demanda por soluções em semicondutores que vão além da simples miniaturização (More Moore) está crescendo. A abordagem
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Os semicondutores são materiais que têm uma condutividade elétrica entre condutores (como metais) e isolantes (como plástico). Eles desempenham um papel crucial na economia moderna, sendo a base para a fabricação de chips eletrônicos presentes em uma ampla gama de dispositivos, desde smartphones até carros.
Semicondutores são essenciais para o funcionamento de tecnologias eletrônicas. O crescimento exponencial da demanda por dispositivos eletrônicos impulsiona a indústria e o desenvolvimento de novas soluções científicas.
A escassez global de semicondutores tem impactos significativos em setores como automotivo e eletrônico, levando a atrasos na produção e aumento de preços. Isso destaca a interconexão entre a economia global e a indústria de semicondutores.
Países como os EUA, China, Taiwan, Coreia do Sul e Japão são líderes na produção de semicondutores. Essa liderança está associada não apenas à capacidade de fabricação, mas também à inovação tecnológica.
A constante inovação em semicondutores impulsiona a criação de novos produtos e serviços, gerando empregos e estimulando o crescimento econômico. Novas tecnologias, como inteligência artificial e 5G, dependem fortemente de avanços na indústria de semicondutores.
A indústria de semicondutores enfrenta desafios como a complexidade crescente da fabricação, a dependência de materiais críticos e a necessidade de lidar com questões ambientais relacionadas ao descarte de resíduos eletrônicos.
Investir na indústria de semicondutores pode ser feito por meio de ações de empresas do setor, fundos de tecnologia ou índices que rastreiam o desempenho dessas empresas. No entanto, é essencial realizar uma pesquisa detalhada antes de tomar decisões de investimento.
Políticas governamentais, como investimentos em pesquisa e desenvolvimento, regulações ambientais e acordos comerciais, podem ter impacto significativo na indústria de semicondutores. Decisões políticas podem influenciar a competitividade e a inovação no setor.
A indústria de semicondutores cria empregos em diversas áreas, desde pesquisa e desenvolvimento até fabricação e suporte técnico. A demanda contínua por novas tecnologias impulsiona a necessidade de mão de obra qualificada.
A Lei de Moore não é uma lei física, mas sim uma observação empírica e uma tendência na indústria de semicondutores. Formulada por Gordon Moore, co-fundador da Intel, em 1965, a Lei de Moore sugere que o número de transistores em um chip de circuito integrado dobra aproximadamente a cada dois anos. Essa observação inicialmente se baseava em padrões observados na fabricação de chips e no aumento da densidade de transistores.
Portanto, a Lei de Moore é mais uma declaração sobre a evolução histórica e previsões para o aumento da capacidade de processamento dos chips do que uma lei física que descreve um fenômeno inerente à natureza. Ela tem sido um guia para a indústria de semicondutores, influenciando o planejamento e o desenvolvimento de novas tecnologias.
Embora a Lei de Moore tenha sido uma previsão precisa por muitas décadas, alguns especialistas acreditam que enfrentamos desafios para manter o ritmo de duplicação a cada dois anos devido a limitações físicas e econômicas. No entanto, a essência da Lei de Moore, que impulsiona a inovação constante na fabricação de semicondutores, permanece válida.
“More than Moore” é uma abordagem que reconhece que simplesmente aumentar o número de transistores em um chip, conforme previsto pela Lei de Moore, não é a única maneira de impulsionar a inovação na fabricação de semicondutores. Essa abordagem busca integrar tecnologias adicionais além do aumento de transistores para oferecer funcionalidades e benefícios diversos.
“More than Moore” explora caminhos alternativos para melhorar os chips, incluindo:
Sensores Integrados: Integração de sensores diretamente nos chips para melhorar a percepção do ambiente.
Dispositivos de Potência: Incorporação de componentes que melhoram a eficiência energética e a gestão de potência.
Tecnologias de Embalagem Avançadas: Desenvolvimento de métodos inovadores de embalagem para otimizar o desempenho e a eficiência térmica.
Dispositivos Bioeletrônicos: Exploração de interfaces entre eletrônicos e sistemas biológicos para aplicações em medicina e saúde.
“More than Moore” é crucial para enfrentar desafios emergentes e diversificar as capacidades dos semicondutores. Essa abordagem permite a criação de chips especializados para diversas aplicações, expandindo o alcance da tecnologia de semicondutores para além do aumento tradicional de desempenho.
Não, “More than Moore” não substitui, mas complementa a Lei de Moore. Ambas as abordagens coexistem, cada uma desempenhando um papel vital no avanço contínuo da indústria de semicondutores. Enquanto a Lei de Moore foca na densidade de transistores, “More than Moore” amplia as capacidades dos chips de maneiras diversas e inovadoras.
A jornada de um semicondutor começa com o crescimento de um lingote de silício puro, feito através do processo Czochralski. Esse lingote é então cortado em finas fatias, chamadas wafers, que passam por diversas etapas de processamento.
Primeiro, uma camada de óxido de silício é formada na superfície do wafer para protegê-lo e melhorar suas propriedades elétricas. Em seguida, a fotolitografia define o padrão do circuito no wafer, utilizando luz para transferir o desenho para um material fotoresistente.
As áreas não protegidas do wafer são então gravadas, removendo o material em excesso e criando os transistores e outras estruturas do circuito. Dopantes são introduzidos para controlar as propriedades elétricas do semicondutor.
Camadas de metal são depositadas e interconectadas para formar as vias e outros elementos condutores do circuito. O chip é então testado para garantir sua funcionalidade e finalmente encapsulado em um material que o protege e fornece conexões para o mundo exterior.
Assim, desde o lingote de silício até o chip encapsulado, cada etapa da fabricação de semicondutores é crucial para garantir a criação de dispositivos confiáveis, eficientes e com alto desempenho.
O “Die” refere-se à parte do semicondutor onde os componentes ativos, como transistores e diodos, são fabricados. É a unidade fundamental de um chip antes de ser cortado e montado em um invólucro.
O “Package” é a estrutura que envolve e protege o chip de semicondutor após sua fabricação. Ele fornece conexões elétricas, proteção mecânica e térmica, facilitando a integração do chip em dispositivos finais.
Um “Wafer” é uma fina fatia de material semicondutor, geralmente de silício, usada como base para a fabricação de vários chips. É a forma primária antes da criação dos componentes individuais.
“Node” refere-se ao tamanho mínimo de fabricação de transistores em um chip. Por exemplo, um processo de 10 nanômetros indica que os transistores são construídos com uma escala de 10 nanômetros.
Uma “Foundry” é uma instalação de fabricação que se especializa na produção de chips de semicondutores para empresas que não têm suas próprias instalações de produção. Elas oferecem serviços de fabricação para terceiros.
“Yield” representa a porcentagem de chips funcionais em relação ao número total de chips fabricados. É um indicador crítico da eficiência e qualidade do processo de produção.
“ASIC” (Application-Specific Integrated Circuit) é um tipo de chip de semicondutor projetado para executar uma tarefa específica, em contraste com chips mais genéricos. São frequentemente usados em dispositivos especializados.
“Fabless” refere-se a empresas que projetam chips semicondutores, mas não possuem instalações de fabricação. Elas terceirizam a produção para foundries especializadas.
“GPU” (Graphics Processing Unit) é uma unidade de processamento especializada em lidar com gráficos e renderização. É essencial em dispositivos que exigem bom desempenho gráfico, como computadores para jogos.
“TSMC” (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) é uma das maiores foundries do mundo, fornecendo serviços de fabricação para empresas de tecnologia global. Ela desempenha um papel fundamental na produção de chips semicondutores avançados.
“MPU” (Microprocessor Unit) é uma unidade de processamento que funciona como o cérebro de um computador ou dispositivo eletrônico. Ela executa operações lógicas e aritméticas, coordenando as funções do sistema.
O “Tempo de Vida” de um dispositivo de semicondutores é determinado pela durabilidade dos materiais e pela qualidade da fabricação. Fatores como estresse térmico, variações elétricas e desgaste natural influenciam a longevidade do dispositivo.
O “Pitch” em semicondutores refere-se à distância entre recursos repetitivos em um chip, como transistores. Uma menor distância entre eles permite maior densidade de componentes, resultando em chips mais eficientes e rápidos.
“Litografia” é o processo de transferir padrões de um máscara para um substrato de semicondutor. Define a estrutura dos componentes do chip e é crucial para determinar a capacidade de miniaturização e precisão do processo de fabricação.
“Die Size” refere-se à área ocupada pelo chip. Influencia diretamente no custo de produção e na quantidade de chips que podem ser obtidos a partir de um único wafer.
“Throughput” em fabricação de semicondutores é a quantidade de operações que um sistema pode realizar em um determinado período. É crucial para avaliar o desempenho geral de uma máquina ou linha de produção, pode ser simplificado como o número de wafers processados num determinado período. Quanto maior melhor.
Um nanômetro (nm) é uma unidade de medida extremamente pequena, equivalente a um bilionésimo de metro. No âmbito da fabricação de semicondutores, a escala de nanômetros desempenha um papel crucial na determinação das dimensões mínimas dos componentes em um chip.
Para ilustrar essa escala, podemos realizar comparações com objetos comuns. Um fio de cabelo humano, por exemplo, possui uma largura média de aproximadamente 80.000 a 100.000 nm. Isso implica que os componentes presentes em um chip de 7 nm são aproximadamente 10.000 vezes menores do que a largura de um fio de cabelo.
No contexto de vírus e bactérias, muitos vírus têm dimensões situadas na escala de 20 a 300 nm, enquanto bactérias podem variar de 200 a 2.000 nm. Essas comparações destacam a notável precisão e miniaturização alcançadas na fabricação de semicondutores, onde os componentes são significativamente menores do que muitas estruturas biológicas.
Essa analogia contribui para visualizar a extraordinária pequenez e complexidade dos detalhes na escala nanométrica, evidenciando a engenhosidade e precisão envolvidas na produção dos modernos dispositivos semicondutores.
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Um “nó maduro” refere-se a uma etapa ou geração consolidada na fabricação de semicondutores, caracterizada por tecnologias de processo estabelecidas e bem compreendidas. Geralmente, nessa fase, as técnicas de fabricação atingiram um ponto de estabilidade e eficiência, proporcionando uma base sólida para a produção em massa de chips.
Um nó maduro é caracterizado por ter passado por várias iterações de otimização e refinamento. As técnicas de fabricação são bem conhecidas, e os desafios críticos foram superados. A produção em larga escala é eficiente, os custos são mais controlados, e os chips resultantes podem ter um desempenho confiável e previsível.
A “Largura de Banda” em semicondutores refere-se à quantidade de dados que pode ser transferida entre diferentes partes de um chip em um determinado período. É uma medida crítica para o desempenho de memórias e interfaces de comunicação.
Semicondutores são materiais intrinsecamente não condutores que, quando dopados, podem conduzir eletricidade. Sua estrutura cristalina é composta por átomos ligados covalentemente, formando uma rede cristalina tridimensional. Na banda de valência, os elétrons estão fortemente ligados, enquanto a banda de condução possui estados nos quais os elétrons podem se mover livremente, contribuindo para a condutividade elétrica.
A dopagem é a introdução controlada de impurezas em semicondutores para modificar suas propriedades eletrônicas. Semicondutores tipo N são obtidos pela adição de átomos doadores (como fósforo), enquanto semicondutores tipo P resultam da adição de átomos aceitadores (como boro). A dopagem altera a concentração de portadores de carga e, portanto, as propriedades elétricas do material.
Lacunas são ausências de elétrons na banda de valência. Em semicondutores tipo P, as lacunas se comportam como portadores de carga positiva. Quando um elétron (portador de carga negativa) migra de um semicondutor tipo N para um tipo P, ele preenche uma lacuna, permitindo a condução elétrica.
Uma junção PN é um componente crucial formado pela combinação de semicondutores tipo P e N. A região da junção possui uma barreira de potencial que, quando polarizada, permite ou bloqueia o fluxo de corrente. Essa funcionalidade é fundamental para a criação de dispositivos semicondutores.
A banda proibida é a faixa de energia entre a banda de valência e a de condução onde os elétrons não são permitidos. Seu tamanho influencia diretamente a capacidade do semicondutor de conduzir eletricidade. Reduzir a banda proibida é fundamental para aumentar a condutividade.
Semicondutores são a base para dispositivos eletrônicos como transistores e diodos. Transistores, atuando como amplificadores e interruptores, controlam o fluxo de corrente. Diodos, ao permitirem a condução unidirecional, são fundamentais em circuitos elétricos.
O efeito Hall refere-se à geração de uma voltagem perpendicular ao fluxo de corrente em um semicondutor quando sujeito a um campo magnético. Esse efeito é explorado para medir propriedades magnéticas e de transporte em semicondutores.
“Capacitância” é uma medida da capacidade de armazenamento de carga em um componente de semicondutor. Afeta a velocidade de operação dos transistores e a eficiência do chip.
Introdução À medida que a tecnologia avança, a demanda por soluções em semicondutores que vão além da simples miniaturização (More Moore) está crescendo. A abordagem
O desenvolvimento de uma indústria de semicondutores no Brasil é essencial para garantir a soberania nacional, impulsionar o crescimento econômico, gerar empregos qualificados e promover a inovação tecnológica, posicionando o país de forma mais competitiva no cenário global.
O que NÃO É um semicondutor? Fica mais fácil de entendermos o que é um material semicondutor se antes entendermos o que é um isolante