Graças aos avanços tecnológicos, hoje em dia, é comum celulares terem mais poder computacional do que dispositivos eletrônicos dos anos 90 que possuíam poder operacional maior que os aparelhos mais avançados da década de 1970. Dispositivos eletrônicos atuais devem sua existência à teoria da lei de Moore e a contínua miniaturização dos circuitos eletrônicos iniciada com a invenção do transistor, em 1947, um elemento de circuito capaz de ligar, desligar ou amplificar a corrente elétrica que passa por ele, substituindo os grandes e frágeis tubos de vácuo.
A Lei de Moore consiste em uma teoria estabelecida em 1965 por Gordon Earle Moore, cofundador da Intel, que previa que a quantidade de transistores dos circuitos integrados dobraria aproximadamente a cada dois anos. O desenvolvimento dos circuitos integrados, que compõem os chips de memórias e microprocessadores, avançou ao longo das décadas. Em um circuito integrado, os componentes do circuito como transistores, resistores, capacitores e diodos são diretamente esculpidos em substrato, tipicamente de silício, com o uso de luz ultravioleta. Os circuitos integrados são hoje constituídos por milhões de transistores por milímetro quadrado, e esse número aproximadamente dobra a cada 24 meses.
Desde o final da década de 1970, a produção de circuitos integrados é feita por meio de um processo chamado de fotolitografia, que consiste na transferência de padrões geométricos para um substrato por meio da incidência de luz. Durante a década de 1990, a luz ultravioleta de comprimentos de onda de 437, 405, 365 e 313 nanômetros foi usada na fotolitografia. Naquela época, novos materiais e técnicas permitiram a diminuição do comprimento de onda utilizado para 248 nanômetros. E novamente na virada do milênio, o comprimento de onda da radiação foi reduzido para 193 nanômetros, na região do ultravioleta profundo. A nova fronteira se encontra na luz ultravioleta extrema, na região dos 12,5 nanômetros.
No início de 2014, o departamento de pesquisas da IBM anunciou que iria começar a fazer o teste de novos chips de silício com tecnologia de 7 nanômetros, aumentando ainda mais os limites da Lei de Moore. Em 2015, outra nova pesquisa foi anunciada, dando início a uma caminhada para novos limites da produção de computadores, utilizando nanotubos de carbono, o que permitiria atingir escalas ainda menores, de 1,8 nanômetros. Entretanto, atualmente, o tamanho dos microchips ainda está por volta de 5 nanômetros, o que levou ao desenvolvimento e investimentos em novas tecnologias, como a computação quântica e a engenharia neuromórfica.
Outro desafio com o avanço da arquitetura dos circuitos é a preocupação com a eficiência energética dos componentes eletrônicos, buscando sempre manter a performance do equipamento tendo um gasto energético menor, assim podemos ter uma maior quantidade de componentes em um espaço menor, dessa maneira melhorando de maneira exponencial a performance e mantendo o consumo elétrico. Em contrapartida, a grande quantidade de componentes em espaços cada vez menores gera uma grande quantidade de calor no circuito que devido ao tamanho extremamente compacto, tornam a dissipação pouco eficaz.
Com os avanços tecnológicos para garantir o bom funcionamento e a segurança dos dispositivos, surgiram novas ferramentas para auxiliar nos testes antes dos componentes serem colocados no mercado, uma dessas ferramentas se chama Post-silicon validation. Segundo o artigo Post-Silicon Validation Opportunities, Challenges and Recent Advances, a validação pós-silício refere-se ao processo de testar chips de computador já fabricados, em ambientes de aplicativos do mundo real, a fim de confirmar que eles se comportam conforme o esperado em condições operacionais específicas. O propósito primordial é assegurar que nenhum defeito (bug) passe despercebido e chegue aos usuários finais. Ao contrário de defeitos de fabricação, as falhas pós-silício podem ser causadas por interações sutis entre um projeto e efeitos físicos (as chamadas falhas elétricas) ou por erros de projeto (as chamadas falhas lógicas).
As falhas em chips, que ocorrem após a fabricação (pós-silício), podem surgir devido a interações sutis entre o design e efeitos físicos ou erros no projeto. Isso é diferente das falhas de fabricação. Nas técnicas de teste durante a fabricação, métricas como cobertura de falhas específicas são fundamentais para garantir a qualidade dos chips, comprovadas por experimentos em chips reais. No estágio de verificação de projeto antes da fabricação, métricas de teste não são tão padronizadas, e métricas que avaliam a cobertura do código e a validade das afirmações no projeto desempenham um papel importante. Para a fase pós-silício, há oportunidades para desenvolver métricas que avaliem a eficácia dos testes após a fabricação, considerando possíveis interações não detectadas anteriormente. Isso reflete uma área de pesquisa em crescimento.
Em suma, os avanços na tecnologia de circuitos integrados têm desempenhado um papel fundamental na transformação da sociedade moderna, proporcionando dispositivos eletrônicos cada vez mais poderosos e compactos. Desde a introdução do transistor e da teoria da Lei de Moore, que prevê o aumento exponencial do número de transistores em um chip, a miniaturização e a melhoria das técnicas de fabricação têm permitido a criação de microchips cada vez mais complexos e eficientes.
No entanto, esses avanços não vêm sem desafios. A busca por escalas menores e maior poder computacional tem levado a problemas como a dissipação de calor em espaços extremamente compactos e a demanda por eficiência energética. A validação pós-silício emergiu como uma área crítica para garantir que os dispositivos se comportem conforme o esperado em situações do mundo real, dada a crescente complexidade e interações sutis entre design e efeitos físicos. As métricas de teste, que têm sido cruciais nas fases de fabricação e verificação de projeto, agora estão sendo adaptadas para a validação pós-silício, a fim de avaliar a eficácia dos testes em cenários operacionais reais.
A constante busca por inovação e melhoria na tecnologia de circuitos integrados levou a investigações em novas direções, como a exploração de materiais alternativos, como nanotubos de carbono, e o desenvolvimento de paradigmas de computação quântica e engenharia neuromórfica. Com essas abordagens emergentes, a indústria está enfrentando desafios não apenas relacionados à miniaturização, mas também à redefinição dos próprios fundamentos da computação.
À medida que avançamos, é claro que a tecnologia de circuitos integrados continuará a desempenhar um papel crucial na evolução da sociedade. Superar os obstáculos de eficiência energética, dissipação de calor e validação pós-silício, enquanto exploramos novas fronteiras da computação, será essencial para garantir que os avanços tecnológicos continuem a moldar nosso mundo de maneira positiva e transformadora.