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Explicado: como um avanço do IIT pode ajudar a estender a vida útil de seus dispositivos eletrônicos

A fim de aumentar a eficiência e a durabilidade de um dispositivo, os vários componentes dos microchips precisam ser projetados de forma otimizada para minimizar as perdas causadas pela flutuação ou errática da fonte de alimentação.

Um anúncio de opções de financiamento está ao lado de tablets, laptops e computadores exibidos em uma megastore de eletrônicos da Croma em Mumbai (Fotógrafo: Vivek Prakash / Bloomberg)

Pesquisadores do IIT-Mandi e IIT-Jodhpur afirmam ter feito um grande avanço ao estender a vida e o desempenho de dispositivos eletrônicos, como telefones celulares e laptops. Explicamos o significado da descoberta.





Qual é o avanço?

Os pesquisadores dizem que os circuitos eletrônicos em dispositivos modernos continuam a ser projetados de acordo com conceitos desenvolvidos décadas atrás, apesar de uma evolução na natureza dos microchips. A fim de aumentar a eficiência e a durabilidade de um dispositivo, os vários componentes dos microchips precisam ser projetados de forma otimizada para minimizar as perdas causadas pela flutuação ou errática da fonte de alimentação.



Para isso, os pesquisadores propuseram uma ferramenta matemática que pode analisar com precisão essas perdas e auxiliar na elaboração de projetos melhores.

Como a fonte de alimentação desgasta um dispositivo?



Os celulares e computadores de hoje usam a tecnologia de integração em grande escala (VLSI) na qual milhares de transistores podem ser incorporados em um único microchip de silício (por exemplo, microprocessadores e chips de memória). Além disso, um único chip possui componentes digitais e analógicos.

Esses microchips são alimentados por uma fonte de corrente contínua, geralmente de uma bateria embutida. Embora essa bateria possa ter uma voltagem baixa (geralmente 3,7 volts em telefones celulares), partes do microchip operam com voltagens ainda mais baixas.



Um transistor pode ter até 7 nanômetros (uma fita de DNA humano tem 2,5 nanômetros de largura) e requer uma voltagem mínima para funcionar. Nesse caso, mesmo pequenos picos de energia e flutuações podem degradar significativamente o desempenho do microchip ao longo do tempo. As flutuações na fonte de alimentação, chamadas de ruído da fonte de alimentação, ocorrem devido a múltiplos fatores e são consideradas inevitáveis ​​em sistemas eletrônicos.

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De que outra forma o estudo é significativo?

Os computadores de primeira geração, construídos nas décadas de 1940 e 50, usavam tubos de vácuo como componentes básicos de memória e processamento. Isso os tornava volumosos e caros. No início dos anos 60, as válvulas foram substituídas por transistores, uma tecnologia revolucionária que tornou os computadores menores, mais baratos e eficientes em termos de energia.



Alguns anos depois, os transistores foram substituídos por circuitos integrados, ou microchips, que tinham vários transistores em um único chip. Finalmente, na década de 70, foi introduzida a tecnologia VLSI, que tornou possível incorporar milhares de transistores e outros elementos em um único chip de silício.

Desde então, os dispositivos de computação têm ficado cada vez mais rápidos, porque o tamanho dos transistores está ficando menor e mais deles podem ser integrados em um único chip. Essa tendência tem sido chamada de 'Lei de Moore', em homenagem ao cofundador da Intel Gordon Moore, que observou em 1965 que a densidade dos transistores em microchips dobra a cada dois anos.



Mas esse avanço parece ter atingido seu limite, porque o tamanho dos transistores já foi reduzido para alguns nanômetros de largura e está ficando difícil diminuí-lo ainda mais de forma viável. Em tal cenário, a indústria de eletrônicos está começando a mudar seu foco de aumentar a velocidade para aumentar a eficiência dos chips e diminuir seu consumo de energia.

Onde a pesquisa foi publicada?

O estudo intitulado ‘Um método baseado em inspeção para analisar ruído determinístico em circuitos de porta N’ foi publicado recentemente no Open Journal of Circuits and Systems do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE). Foi escrito por Hitesh Shrimali e Vijender Kumar Sharma do IIT-Mandi e Jai Narayan Tripathi do IIT-Jodhpur. A pesquisa foi financiada pelo Ministério da Eletrônica e Tecnologia da Informação (MeitY).


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