Brasileiro lidera criação de chip supereficiente que imita vasos capilares

Em tempos de data centers cada vez mais poderosos e aparelhos cada vez menores, um grande desafio tecnológico e energético é: qual a melhor forma de manter essas máquinas funcionando na temperatura ideal? Uma nova pesquisa liderada pelo brasileiro Elison Matioli, professor no Instituto de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica de Lausanne, na Suíça, traz uma solução inspirada nos vasoso capilares do corpo humano.

As duas principais inovações propostas no estudo, publicado na revista Nature, são:

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• Um novo desenho de chip que já tenha um sistema de refrigeração acoplado
• Uma arquitetura inspirada no sistema circulatório humano para gerar uma dissipação de calor até 50 vezes mais eficiente do que as tecnologias por microfluidos que já existem.

A equipe de Matioli partiu de um método já existente: o uso de microcanais por onde fluem líquidos que dissipam o calor produzido pelos chips. O problema é que, quanto menores os dutos, maior a pressão necessária para mover os líquidos, e portanto, mais energia é usada.

Para tornar isso mais eficiente, a inspiração veio dos vasos capilares do sistema circulatório humano. Nós temos vasos circulatórios maiores —as veias e artérias— que vão se estreitando até tornarem-se capilares em algumas partes do nosso corpo. Esse tipo de vaso sanguíneo é tão fino que têm de cinco a dez micrômetros de espessura — 50 vezes mais estreitos do que um fio de cabelo.

A ideia da equipe de Matioli foi criar um sistema parecido: os microdutos começam mais largos e vão se estreitando nas partes em que o chip tende a esquentar mais. Isso permite que o fluxo da água ou do líquido resfriante demande muito menos energia.

O chip é composto de uma camada fina de nitreto de gálio (GaN) encaixado sobre um substrato mais grosso de silício. A diferença principal em relação a um chip comum é que os microdutos, que chegam a ter apenas 20 micrômetros de espessura, estão escavados diretamente no substrato de silício.

O novo tipo de resfriamento ajudaria a criar sistemas de conversão de energia mais potentes, eficientes e menores.

"A princípio, a tecnologia pode ser usada em todos os tipos de eletrônicos, por exemplo para resfriar chips de computador, ou em aplicações como painéis solares ou carros elétricos", disse Matioli em entrevista à Scientific American.

Novas formas de resfriamento também podem ajudar a tornar data centers —grandes computadores responsáveis por manter a internet e a nuvem no ar— mais eficientes energeticamente.

No artigo, os pesquisadores avaliam que o uso de água e de energia por data centers nos EUA é equivalente ao uso residencial de uma cidade como Filadélfia, que tem cerca de 7 milhões de habitantes em sua região metropolitana — e 30% disso vai só para o resfriamento das máquinas.

Os pesquisadores também afirmam que a tecnologia também seria útil para que uma possível extensão da Lei de Moore, viabilizando a construção de aparelhos menores, mais densos e mais poderosos.

Segundo a Lei de Moore, a densidade de transistores nos chips lançados pela indústria dobra a cada 18 meses. Isso significa que os transistores (uma espécie de minúsculos interruptores) diminuíam de tamanho e duplicavam em quantidade nos chips, aumentando a capacidade de processamento dos dispositivos e promovendo o avanço de sistemas tecnológicos. Mas há quem diga que esta miniaturização está chegando ao seu limite físico.