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Fim das placas-mãe atuais? Pesquisadores querem substituir o tradicional PCB

Conexão através de wafer de silício promete mais performance e dispositivos menores
Por Diego Kerber 02/10/2019 18:18 | atualizado 02/10/2019 18:33 Comentários Reportar erro

Quando falamos de uma nova geração de produtos a discussão é sempre em torno dos nanômetros do processo de fabricação, do número de núcleos ou no TDP, por exemplo. Mas, e se o grande desafio estiver em outro lugar? Pesquisadores da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, estão propondo um novo modelo de construção de computadores e gadgets em geral que deixaria para trás as tradicionais placas-mãe com PCB que equipam desde a calculadora barata até o servidor da Google.

O PCB das placas-mãe trazem muitas restrições

O artigo assinado por Puneet Gupta e Subramanian Iyer, e publicado no IEEE Spectrum, fala de como o atual modelo de montagem de componentes eletrônicos é um grande limitador em diversas partes técnicas da construção de microcomputadores. Após a construção dos chips baseados em silício, eles são ligados a estruturas em plástico, o tradicional PCB, onde são construídas trilhas para fazer a conexão com os demais componentes. E é aí que os problemas começam.

Essas estruturas acabam aumentando consideravelmente o tamanho do eletrônico, algo que pode ser na casa das 20x comparado ao die original em silício. As conexões entre o die e essa estrutura criam outro problema: eles usam técnicas que envolvem soldas que precisam de uma distância de 500 µm para serem efetivas, algo que limita consideravelmente o número de conexões que podem ser criadas entre o chip e o PCB.

A nova proposta, chamada Silicon-Interconnect Fabric (tecido de silício interconectado, usando uma tradução bastante livre) envolve ligar todos os componentes a um wafer de silício espesso (para os padrões de um wafer) com algo entre 500 µm a 1mm. Os componentes seriam conectados a essa estrutura através de pilares de cobre usando a técnica de compressão térmica. Comparada à técnica da solda, esse novo método diminui a distância de 500 µm para apenas 10 µm, ou seja, seria possível colocar 2500 I/O a mais ligando o chip a essa "nova placa-mãe". As trilhas de comunicação também podem ser bastante miniaturizadas, com a distância entre elas caindo de 500 µm para 20 µm

Silicon-Interconnect Fabric podem ser a nova forma de conectar os dies

Esse método também reduz as variações de materiais usados, a área ocupada e aumenta a transferência de calor, facilitando a dissipação do aquecimento dos componentes, algo relevante para ganhos de performance.  Algumas estimativas são muito interessantes, com dissipação de calor subindo em 70% comparado ao plástico de um PCB - bem menos condutor de calor. O tamanho da "nova placa-mãe" também apresenta reduções na casa dos 70%, reduzindo também o peso dos 20 para 8 gramas, e uma projeção feita pelos desenvolvedores.

Essa nova abordagem não é novidade. Intel, AMD e Nvidia vem cada vez mais trabalhando no conceito de chiplets (ou como os pesquisadores da Universidade da Califórnia preferem chamar, os dielets), onde dies são agrupados com interpositores realizando a conexão direta entre eles, ao invés da abordagem dos SoC usados amplamente pela indústria atualmente, que tentam agrupar o máximo possível em apenas um die.

Mais conectores, melhor dissipação de calor e mais desempenho

Nesse novo modelo seria possível ligar diversos componentes, desde dies ativos com processamento até componentes passivos de alimentação, por exemplo, diretamente nesse wafer. Essa tecnologia tem potencial de modificar desde gadgets de pequeno porte, como vestíveis, até estruturas computacionais de alta performance, como servidores.

As limitações
Enquanto o estudo parece muito promissor, ainda há muito a ser evoluído na indústria para viabilizar esse conceito. Apesar de anos de evolução na fabricação de wafers de silício, a verdade é que esses componentes continuam sendo muito sensíveis, e será preciso a criação de um padrão que não use máscaras para a litografia em silício, usado na fabricação atual de processadores e chips gráficos. Hoje já existe a "maskless litography", mas são funcionais para tamanhos de no máximo 33 por 24mm, e para iniciar a criação de projetos com essa nova tecnologia, é preciso algo na casa dos 300mm de diâmetro.

Ainda tem várias coisas que precisam evoluir antes de tornar essa conexão através de wafer silício viável

Também será preciso a evolução de técnicas de testes diretamente dos dies, sem realizar as conexões tradicionais com solda, por exemplo. Como o wafer é um componente passivo, ele não será capaz de direcionar o fluxo de dados, então componentes muito distantes entre si precisarão de "intermediadores" garantindo que os dados cheguem ao destino correto.

E por fim, temos a questão da manutenção, já que será bem mais complexo trocar um die defeituoso, afinal o processo será ainda mais difícil que um reballing, onde as soldas são refeitas para troca de um chip e que podem ser feitas sem equipamentos extremamente avançados. Nossos eletrônicos tem muito potencial de ganhar mais desempenho e ficarem ainda mais compactos, mas vamos torcer que não se tornem ainda mais frágeis, em troca.

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  • Redator: Diego Kerber

    Diego Kerber

    Formado em Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Diego Kerber é aficionado por tecnologia desde os oito anos, quando ganhou seu primeiro computador, um 486 DX2. Fã de jogos, especialmente os de estratégia, Diego colabora com a Adrenaline na produção de notícias e artigos na coluna "Vida Digital".

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