Evolução dos processadores, Notas de estudo de Engenharia Informática

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UNIVERSIDADE DE UBERABA

GABRIEL DE MELO MARTINS

ROTEIRO NÃO PRESENCIAL

UBERABA – MG

UNIVERSIDADE DE UBERABA

GABRIEL DE MELO MARTINS

ROTEIRO NÃO PRESENCIAL

Trabalho apresentado a Universidade de Uberaba como parte das exigências à conclusão do componente curricular Arquitetura e Organização de Computadores do sétimo período do curso de Engenharia da Computação.

Prof Orientador: Paulo Limírio da Silva

UBERABA – MG

Em 1995, a Intel lançava o Pentium Pro, sexta geração de chips x86 e que possuía uma série de melhoramentos em relação ao seu antecessor. Essa seria a base para os futuros lançamentos: Pentium II, Pentium III e Pentium M. Paralelamente, a AMD começava a ganhar mercado com modelos similares, principalmente como o AMD K5, forte concorrente do Pentium original. Dois anos depois, o Pentium II foi lançado, atingindo o clock de 450 MHz. Nessa mesma época, a AMD desenvolveu CPUs que batiam de frente com a Intel, como o AMD K6. Por esse motivo, ambas as empresas travaram uma espécie de “corrida”, competindo para ver quem conseguia o maior desempenho e valor de clock. Por um período de tempo, a AMD liderou a disputa, pois o Atlhon, que trabalhava com frequências maiores do que 1 GHz, superou o Pentium III. A reviravolta da Intel veio com o lançamento do Pentium 4, em 2001, que trabalhava com até 2 GHz e levou a empresa de volta ao topo do mercado. As versões de baixo custo dessas CPUs, Celeron (Intel) e Duron (AMD), também disputavam fortemente o lugar mais alto no ranking do processador “B” mais vendido. Conforme a tecnologia dos processadores foi progredindo, o tamanho de seus transistores foi diminuindo de forma significativa. Contudo, após o lançamento do Pentium 4, eles já estavam tão pequenos (0,13 micrômetros) e numerosos (120 milhões) que se tornou muito difícil aumentar o clock por limitações físicas, principalmente pelo superaquecimento gerado. A principal solução para esse problema veio com o uso de mais de um núcleo ao mesmo tempo, através da tecnologia multicore. Assim, cada núcleo não precisa trabalhar numa frequência tão alta. Se o esquema de escalonamento de tarefas funcionasse de maneira eficiente, seria possível trabalhar com quase o dobro do clock. Um processador dual-core de 1,5 GHz, por exemplo, poderia ter um desempenho semelhante a uma CPU de núcleo único de 3 GHz. No inicio do ano de 2000, tanto a AMD quanto a Intel trabalhavam em seus próprios projetos de CPUs de 64 bits, mas quem venceu a disputa foi mesmo a AMD, com o x86-64, que mais tarde foi renomeado para AMD64. Isso aconteceu, principalmente, pelo fato de a AMD ter evoluído diretamente o x86-32, enquanto que a Intel tentou criar algo novo, do zero. Visto esse acontecimento, as empresas em questão criaram um acordo no uso dessas arquiteturas, no qual a AMD licenciou para a Intel o uso do x86-64. Por outro lado, a Intel também tornou legal o uso da arquitetura x86-32 pela AMD. Logo, todos os modelos de processadores 64 bits comerciais atuais rodam sobre o x86-64. O AMD Athlon 64 foi um dos maiores representantes dessa arquitetura. Posteriormente, o Pentium 4 foi substituído pelo Pentium D, duas linhas de processadores dual-core de 64 bits. Mais tarde, foi lançado o Pentium Extreme Edition, que possuía desempenho um pouco melhor do que o Pentium D, além de tecnologias extras que o tornavam mais apto para tarefas pesadas. Esse modelo também fazia uso da tecnologia HT, podendo simular a existência de até quatro núcleos. Outra novidade da Intel foi o Pentium M, uma versão de baixo consumo do Pentium Pro desenvolvido para dispositivos móveis. Esse processador foi lançado em 2003. Em 2005, a AMD apresentou ao mundo o seu primeiro processador dual-core, o Athlon 64 X2. Em 2006, a Intel inicia a sua linha Core, para consumidores que precisam de mais poder de processamento. Faz parte dessa linha o modelo Core 2 Duo, que demonstra uma capacidade incrível se comparado com os dual-core anteriores da empresa. Na mesma época, foi lançada a versão Pentium Dual Core, que apesar de trazer uma boa relação custo-benefício, se mostra inferior ao Core 2 Duo. Outro grande lançamento feito pela Intel foi o Core 2 Quad, processadores com quatro núcleos e que, apesar de demonstrarem alto desempenho, acabam perdendo em algumas tarefas para o Core 2 Duo. Uma versão posterior, nomeada Core 2 Extreme Quad

Core, também foi lançada, proporcionando mais velocidade de clock, que pode chegar até 3, GHz. Em 2010, a Intel anunciou os modelos Core i3, i5 e i7. Mas todo esse conceito de processadores que conhecemos pode mudar com novas tecnologias que foram descobertas e estão em estudo, usar o grafeno e fazer processadores a base de luz. Com eles o processamento de instruções seriam simultâneos, sem filas como é hoje. Com varias instruções sendo processadas ao mesmo tempo a velocidade do processador será bem maior. O grafeno é constituído por uma camada extremamente fina de grafite, o mesmo material encontrado em qualquer lápis comum. O que torna o material especial é a estrutura hexagonal com que seus átomos individuais estão distribuídos, que gera uma folha plana que, se enroladas, geram nanotubos de carbono. Em um transistor, uma pequena corrente elétrica é utilizada para controlar uma porta por onde passa uma corrente muito maior: o componente funciona como uma chave que liga ou desliga a corrente conforme a necessidade do dispositivo. Como o grafeno é um material extremamente fino e que permite que cargas elétricas fluam com facilidade, se mostra como uma alternativa ao silício na construção de transistores ainda mais eficientes. Enquanto o silício suporta no máximo frequências entre 4 a 5 GHz, esse valor pode passar dos 500 Ghz caso o material utilizado seja o grafeno, devido às particularidades do material. O Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveu um chip que tem o grafeno como base, capaz de multiplicar frequências. Após cruzar o chip, foi possível dobrar a frequência de um sinal eletromagnético, o que abre a possibilidade de criar componentes eletrônicos muito mais eficientes. Já os processadores a base de luz permite que transistores ópticos totalmente integrados, na escala dos micrômetros, executem operações lógicas, usando canais de múltiplas frequências, em trilionésimos de segundo, com níveis de potência na faixa dos microwatts, cerca de um milionésimo da energia necessária para alimentar uma lâmpada comum. A operação com múltiplas frequências de luz, referidas pelo pesquisador, significa que, ao contrário dos circuitos eletrônicos atuais, que têm seu funcionamento baseado na passagem de um único "canal de energia" - o próprio fluxo da corrente elétrica - um processador fotônico baseado no fenômeno agora descoberto poderá operar simultaneamente com inúmeros canais de luz, com cores diferentes, elevando exponencialmente a capacidade de cálculo.