O que é nanômetro (nm) e qual é seu papel nos produtos tecnológicos

Quando uma nova geração de processadores é anunciada, uma das características contidas nas especificações técnicas envolve os nanômetros, identificados pela sigla nm. Você sabe interpretar exatamente a diferença entre 7 nm e 5 nm?

Essa medida é importante para compreender a arquitetura de fabricação na indústria de semicondutores e mostra a rápida evolução desse mercado em termos de miniaturização de tecnologias. Ao entender seu funcionamento, é possível perceber também o quão avançados são os chips presentes nos eletrônicos que temos em casa ou carregamos no punho e nos bolsos.

Quanto mede um nanômetro?

Como essa é uma unidade de medida padronizada pelo Sistema Internacional, é importante primeiro ter uma dimensão exata de como ela é mensurada e de que tamanho exatamente estamos falando. O nanômetro equivale a 1 bilionésimo de 1 metro, o mesmo que 0,000000001 m ou 1×10-9 m, em escala numérica e notação científica, respectivamente.

1 nanotubo de carbono de única camada tem diâmetro de 1 nm.Fonte:  Nano.gov 

A utilização prática mais comum não envolve objetos cotidianos, já que a medida é para medições em escala microscópica. Para efeitos de comparação, uma folha de papel tem a espessura de 100 mil nm, enquanto o vírus da gripe tem em torno de 30 nm de diâmetro.

Desse modo, os nanômetros são utilizados para identificar a distância ou o tamanho de pequenos componentes de uma peça já bastante diminuta, como é o caso dos processadores.

E os processadores?

A utilização do nanômetro na indústria dos processadores está diretamente ligada ao transistor, um componente responsável por amplificar o sinal elétrico e ajudar a controlar a corrente elétrica em um equipamento. Unidades de processamento são compostas por bilhões de transistores de pequenas dimensões que realizam cálculos e processos a todo momento.

Exynos 2100, da Samsung, é feito em uma arquitetura de 5 nm com litografia de ultravioleta extrema (EUV).Fonte:  Samsung 

Os nanômetros de um chip medem a distância entre os transistores de sua estrutura, então um processador com arquitetura de 5 nm teve a criação realizada para que os transistores ficassem distantes 5 nm entre si.

O processo de fabricação de um processador envolve uma série de etapas complexas que vão desde a extração de silício da areia até a aplicação dos átomos na chapa, em um processo conhecido como fotolitografia.

E é justamente em uma das primeiras etapas que é definida a arquitetura dos processadores — ou seja, o desenho com a diagramação dos circuitos e o posicionamento de cada componente, incluindo a distância entre os transistores.

Em constante evolução

Uma arquitetura com menos nanômetros também significa mais desempenho para o chip e economia de energia, já que a distância entre os elétrons trocados entre eles fica mais curta e há menor resistência no processo. Além disso, os transistores estão cada vez menores e mais sustentáveis, sendo possível colocar mais unidades deles em um menor espaço a cada mudança de geração.

Wafers que são transformados em processadores em uma das fábricas da TSMC.Fonte:  TSMC 

Essa é uma evolução que foi inicialmente teorizada pela Lei de Moore, surgida em 1965 a partir de estudos do cofundador da Intel Gordon Moore. Segundo ele, o poder dos computadores dobraria a cada 18 meses, no resultado de avanços na pesquisa e na fabricação dos semicondutores, o que incluía a miniaturização de componentes.

Nos últimos anos, entretanto, ela passou a ser questionada por executivos de grandes empresas de semicondutores, pois o ápice do ritmo previsto já teria sido atingido ou sequer foi respeitado.

Gráfico da Lei de Moore em funcionamento, medindo a quantidade de transistores por milímetro quadrado em cada ano da indústria.Fonte:  Eric Martin/Medium 

Até mesmo a utilização do nanômetro como unidade de medida padrão é contestada por alguns pesquisadores, mas ainda é mantida pelos principais nomes da indústria, afinal a diferença de espaço entre os transistores não indica de forma tão precisa os ganhos em performance, que não são padronizados entre todas as fabricantes.

A que ponto chegamos?

Para efeitos de comparação, em 1987, era comum a produção de CPUs com uma arquitetura de 800 nm. Já em 2001, era possível encontrar notícias sobre produtos com arquitetura de 130 nm.

Em 2018, o salto foi ainda maior: a fabricante TSMC, que é uma das maiores do setor, iniciou a construção de uma fábrica capaz de fazer chips com transistores distantes entre si por 5 nm. Essa é a arquitetura de modelos como o atual top de linha Snapdragon 888, da Qualcomm.