A informática evolui num ritmo acelerado, seguindo à risca (ou às vezes até superando) a Lei de Moore. Apesar desse avanço constante, a frequência dos processadores estagnou há alguns anos. Dificilmente se sabe de um processador que trabalhe acima de 4 GHz, salvo raras exceções de CPUs que atuam em modo Turbo ou chips alterados com processo de overclock.
A curiosidade de muitas pessoas, contudo, está no motivo dessa estabilidade em frequências próximas dos 3 GHz. Afinal, seguindo os princípios que aprendemos em física de quanto maior a velocidade, mais rápido chega-se a algum lugar, fica confuso compreender a razão pela qual as fabricantes mantêm os clocks limitados.
Para esclarecer essa dúvida, o Tecmundo entra em cena com mais um artigo para desmistificar a área de hardware. Hoje, vamos abordar os principais motivos que limitam a frequência das CPUs, alguns motivos que as fabricantes adotam para estipular tais limites e uma teoria básica sobre a possibilidade de elevar o clock de um processador ao máximo.
Altas temperaturas, baixas frequências
O primeiro grande fator que impede o aumento do clock nos processadores é a temperatura elevada. Como você já deve ter percebido, as unidades centrais de processamento esquentam muito. E, claro, esse calor que é gerado no interior das CPUs não vem do nada.
Os atuais processadores contam com milhões de transistores — alguns modelos com mais de um bilhão. Ocorre que quanto maior o clock da CPU, maior é o número de ciclos realizados num mesmo segundo e, consequentemente, maior é o número de vezes que um transistor precisa ser desligado ou ligado. Agora, imagine esses milhões de componentes trabalhando simultaneamente. A geração de calor é inevitável.
O aquecimento dos componentes eletrônicos não para por aí. Para fazer essa enorme quantidade de interruptores serem ativados a todo o momento, os processadores usam um negócio chamado eletricidade. Mas, afinal, o que seria eletricidade se não elétrons em movimento? Usando esse simples raciocínio, você pode imaginar outro fator que faz a temperatura das CPUs irem às alturas.
Assim como você aprendeu nas aulas de física, todo corpo em movimento tende a gerar calor, o que não é exceção para os elétrons. Ainda que pequenos, a enorme quantidade de elétrons trafegando a ciclos absurdamente elevados aquece o chip do processador em muitos graus, mesmo que o processador não esteja trabalhando na frequência máxima.
Não bastasse a enorme quantidade de transistores e a problemática dos elétrons, as fabricantes vêm adotando novas tecnologias de construção para os processadores, ou seja, os componentes internos estão diminuindo de tamanho e gerando mais calor.
Um espaço que antes comportava 100 transistores, hoje acomoda 600 componentes. Com isso, os transistores estão cada vez mais pertos, trabalhando em frequências mais altas, aquecendo mais e mantendo o calor preso numa mesma região.
O atraso na comunicação
Depois dessa longa explicação sobre a temperatura nos processadores, temos um segundo fator separado que impede o aumento infinito da frequência. Trata-se do atraso na comunicação entre os componentes internos.
A arquitetura das CPUs conta com diversas peças de tamanho ínfimo, as quais têm funcionalidades diferentes e ficam posicionadas em locais estratégicos. Acontece que nenhum componente pode trabalhar sozinho, sendo que cada tarefa ordenada pelo usuário é processada, organizada e dividida dentro do processador.
Assim, um processo é repartido em diversos pedaços, os quais são distribuídos para diferentes setores da unidade central de processamento. Acontece, que para enviar os dados de um lado para outro e retorná-los para os outros dispositivos do computador, o processador conta com diversas trilhas internas.
Esses pequenos caminhos por onde trafegam os dados são compostos de cobre ou alumínio. Apesar de transmitirem bem eletricidade, tais materiais oferecem resistência à passagem de corrente, o que pode resultar em atrasos na comunicação. Todavia, para que o processador atue na frequência proposta, é preciso que todos os componentes trabalhem em conjunto, simultaneamente e com o mínimo de atraso possível.
Fora esse problema dos dados trafegando entre um lugar e outro, existem problemas quanto ao funcionamento dos transistores. Apesar de a atual tecnologia possibilitar que eles trabalhem com clocks elevados, não é garantido que todos os transistores consigam ligar (ou desligar) em frequências tão altas, daí outro motivo de restringir a “velocidade”.
A estratégia mudou
Deixando os problemas físicos de lado, temos que considerar as estratégias das fabricantes. Apesar de você possivelmente pensar o contrário, faz todo sentido limitar a frequência dos processadores, ao menos se levarmos em consideração as atuais arquiteturas e o modo de trabalho das CPUs.
Se pensarmos bem, tanto a Intel quanto a AMD pararam na casa dos 3 GHz há anos. Contudo, é comum ouvirmos notícias, com certa periodicidade, sobre o aumento dos núcleos nos processadores. Considerando apenas modelos para Desktops, podemos ver que a Intel investe atualmente em CPUs com 4 e 6 núcleos. A AMD, por outro lado, trabalha com unidades de 4, 6 e até 8 núcleos.
Intel Core i7-990X (Fonte da imagem: Reprodução/Intel)
Mas, afinal, por que essa mudança nos processadores? Quais os benefícios? Ao que tudo indica, a estratégia das duas fabricantes foi alterar as arquiteturas das CPUs para que elas pudessem acompanhar o avanço dos softwares.
E de nada adiantaria forçar um processador a trabalhar na frequência de 25 GHz, se ele pudesse executar uma única tarefa por vez. Dessa maneira, a ideia foi investir na divisão de tarefas, fazendo com que diversos núcleos trabalhassem com um clock razoável, mas forçando a CPU a trabalhar com vários processos. Isso, na prática, parece ter sido uma ideia muito lógica e benéfica para um ganho de desempenho considerável.
Na teoria, tão velozes quanto à luz
Com os argumentos citados acima, você provavelmente já se conscientizou que não é possível obter frequências mais altas nos processadores. Entretanto, se analisarmos o assunto de outro ângulo, por um lado bem teórico, os clocks poderiam ser elevados a patamares absurdamente altos.
Se algum dia uma fabricante pudesse fabricar um processador que usasse outro material para conduzir eletricidade, de preferência um que oferecesse baixíssima resistência (como o ouro) ou um elemento que não interferisse na passagem de corrente, o aumento de frequência seria absurdamente alto.
Dessa forma, o envio de dados dentro do processador dependeria apenas da velocidade da eletricidade, o que resultaria na comunicação com uma velocidade próxima à da luz. Aliás, efetuando uma série de cálculos, a quantidade de Hertz obtida em uma velocidade tão absurda quanto à da luz seria algo próximo entre 10 ZHz e 100 ZHz — zetahertz, que são superiores aos GHz, THz, PHz e EHz.
Evidentemente, além de componentes eletrônicos que não oferecessem resistência a passagem de corrente elétrica, seria preciso um chip com componentes capazes de atuar nessa frequência, visto que a velocidade para ligar e desligar os transistores seria absurdamente ínfima.
O futuro promete
Apesar das diversas limitações que existem nos atuais processadores, a evolução nas CPUs não parou. Isso significa que em breve, talvez 5 ou 10 anos, teremos modelos operando a 5 GHz ou 6 GHz. Tal aumento no clock pode parecer pequeno, porém, devemos considerar que as fabricantes não vão parar de investir na quantidade de núcleos, em novas arquiteturas e na diminuição do tamanho dos componentes.
Overclocks permitem frequências absurdas (Fonte da imagem: Divulgação/CPU-Z)
Assim, ainda que as frequências aumentem em pequena escala, temos de considerar que será possível usar dispositivos muito menores e mais finos, que utilizem pouca energia, que gerem pouquíssimo calor e que atinjam níveis de desempenho estrondosos.
Seja como for, devemos ter em mente que mesmo com limitações nas frequências, os atuais processadores voltados aos desktops fornecem velocidade suficiente para a execução de quaisquer tarefas que o usuário deseje realizar.
Via: Tecmundo
