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Circuitos em miniatura: como os chips dão "vida" aos nossos eletrônicos?

Rodrigo Lara

Colaboração para Tilt

29/04/2021 04h00

A grande maioria dos aparelhos que você usa no dia a dia não existiriam —ao menos não com o mesmo formato e funcionalidades— sem os chips. Eles são os componentes básicos da eletrônica contemporânea e "dão vida" a celulares, tablets, computadores e até mesmo a aparelhos tidos como mais simples, como visores digitais ou pendrives. Mas você sabe como eles funcionam?

Em linhas gerais, um chip —que também pode ser chamado de circuito integrado— envolve dois conceitos básicos: miniaturização de peças e a realização de operações aritméticas ou lógicas com bits —a menor unidade de informação digital.

O chip é uma pastilha de material semicondutor de eletricidade (que geralmente é o silício) onde peças como transistores, diodos, capacitores, resistores e até indutores são construídos em escala microscópica. Eles são interconectados por trilhas de metal (geralmente alumínio e cobre) para formar um circuito, ou um bloco de circuitos, destinado a alguma aplicação ou função específica.

Antes de esse formato ser adotado, circuitos eletrônicos usavam uma placa com trilhas condutivas impressas que interligavam esses componentes. Assim, circuitos complexos costumavam ser grandes —o que explica, em partes, o motivo de os primeiros computadores terem o tamanho de uma sala.

Um grande passo em direção à miniaturização foram os transistores, peças usadas para amplificar ou alternar sinais eletrônicos. Eles substituíram as antigas válvulas termiônicas com diversas vantagens, como tamanho e baixa produção de calor.

O chip, portanto, é um conjunto de diversos circuitos em um espaço bastante reduzido. Há uma enorme variedade deles: desde os complexos microprocessadores digitais até chips totalmente analógicos, como amplificadores de áudio. O que diferencia um chip do outro são os circuitos construídos a partir desses elementos básicos (transistores, diodos, capacitores, resistores etc) e a função que esses circuitos desempenham.

Todo chip é um processador?

Não necessariamente. Os microprocessadores são um tipo de chip que possui circuitos lógicos específicos para realização de operações matemáticas, operações lógicas e tomada de decisão. O processador executa as instruções e processa as informações a partir dos softwares.

Além disso, o processador é responsável pelo controle das operações do computador, como por exemplo definir se deve receber primeiro os comandos do mouse ou teclado durante o uso.

Como os softwares interagem com os chips?

O software é o responsável pelas instruções para que os chips processadores funcionem de determinada maneira e executem certas tarefas. No entanto, algumas aplicações de alto desempenho exigem um hardware específico, como placas de vídeo.

No caso dos chips processadores, o que seriam "processadores multi-núcleos"?

O núcleo do processador é formado por duas unidades: uma lógica e aritmética e outra de controle. Até alguns anos, a velocidade de processamento desses componentes era aumentada a partir da elevação da frequência do sinal de relógio (clock) dos microprocessadores, que é medido em Hertz (Hz).

Um processador com clock de 800 MHz, por exemplo, é capaz de realizar 800 milhões de pequenas operações digitais por segundo e assim por diante.

Mas, quanto maior esse clock, mais um microprocessador consome energia, esquentando mais e diminuindo consideravelmente sua vida útil. Isso limita as melhorias de performance do aparelho.

A solução foi incorporar mais unidades de processamento —isto é, núcleos— em um único chip, fazendo com que elas trabalhem em paralelo realizando operações simultaneamente.

Fontes:

Carlos Fernando Teodósio, coordenador do curso de Engenharia Eletrônica e de Computação da Escola Politécnica da UFRJ;
Bruno Luis Soares de Lima, professor de Engenharia Elétrica da Universidade Presbiteriana Mackenzie;
Renato Giacomini, coordenador do departamento de Engenharia Elétrica da FEI;

Angelo Sebastião Zanini, coordenador do curso de Engenharia de Computação do Instituto Mauá de Tecnologia