Introdução
Uma (r)evolução constante
Arquitetura de Computadores é uma área que está constantemente a mudar e, neste momento, estamos perante uma destas mudanças. Esta área iniciou-se com a construção do EDSAC I, em 1948; este primeiro computador já tinha a possibilidade de guardar instruções em memória e abriu portas para um novo mundo da tecnologia.
Hoje em dia, podemos caracterizar a revolução dos computadores de duas formas diferentes:
- Em declínio encontramos a Lei de Moore, que já está praticamente morta, e Dennard Scaling, que já está verdadeiramente morta;
- Em crescimento encontramos os aceleradores. Neste momento podemos encontrar aceleradores para todas as áreas, quer seja para Machine Learning, para criptografia, entre outras.
Isto significa que estamos a tender para um mundo onde temos aceleradores para todas as áreas, por mais específicas que sejam e processadores por empresas específicas. Assim, precisamos de evoluir constantemente os nossos dispositivos eletrónicos e aplicações, por exemplo:
- Indústria automóvel (Tesla)
- Telemóveis (5G, 6G)
- Bioinformática (genoma humano)
- Internet (World Wide Web)
- Motores de busca (Google, Bing)
Os computadores estão em todo o lado
Vivemos numa era em que não interessa onde estamos pois haverá sempre computadores à nossa volta, quer seja nas aulas, na rua, em cafés, livrarias, entre outros, todos os espaços estão repletos de computadores de todos os tamanhos e formas.
Lei de Moore
Na década de 60, Moore preveu que a cada 18 meses, a cada área de silício, íamos duplicar o número de transístores. De facto durante 20 anos, este crescimento exponencial foi visível. Contudo, por volta de 2003 começou-se a notar um declínio. Nos últimos 50 anos, a Lei de Moore comandou os avanços tecnológicos em termos de melhorias de desempenho/energia sem ter de mudar o software, ou seja tínhamos um processador 2x mais rápido ao mesmo custo.
Contudo, notamos alguns desafios perante este declínio, nomeadamente em termos de eficiência energética, o paralelismo de instruções, latência de memória, entre outros.
Assim a única solução é começarmos a investir em muitos processadores.
Dennard Scaling
Tal como na Lei de Moore, Dennard Scaling cria uma relação entre a energia que temos que dar ao sistema e o tamanho dos transístores. Resumidamente, esta lei diz-nos que à medida que os transístores vão diminuindo de tamanho, a sua potência por densidade mantém-se constante, de modo a que o uso desta potência mantenha-se proporcional à área. Contudo. atualmente, tal já não é visível, o que significa que chegamos a uma estagnação da frequência dos relógios do CPU.
Temos outras tecnologias atualmente, tal como CMOS, mas nenhuma funciona da mesma forma.
Computadores
Sendo que as tecnologias vão evoluindo, os computadores que vamos utilizando também vão evoluindo, havendo diferentes computadores para diferentes especificações.
Tipos de computadores
Os primeiros computadores que devem ser referidos são os computadores pessoais (PCs). Estes computadores servem para um uso geral ("general purpose") e têm uma grande variedade de software, havendo uma necessidade maior de bom compromisso custo/desempenho.
De seguida, temos os servidores que são baseados em rede, têm uma elevada capacidade, desempenho e fiabilidade.
Os supercomputadores têm servidores "especiais" para cálculos científicos e de engenharia altamente complexos, visto terem um elevadíssimo desempenho, só representam uma fração pequena do mercado global e são de custos muito mais elevados.
Por último, os computadores embebidos são computadores "escondidos" como componentes de múltiplos sistemas, por exemplo, industriais, automóveis, IoT, etc. Estes computadores estão perante restrições muito fortes no que toca a compromisso energia/desempenho/custo.