Por que celulares e tablets não precisam de cooler?

Por Jonathan D. Machado, 25 de Novembro de 2011

Entenda por que os aparelhos portáteis são tão úteis quanto os computadores de mesa e, mesmo assim, não têm qualquer cooler interno.

Há tempos que smartphones e tablets deixaram de ser itens de luxo para se tornarem aparelhos indispensáveis para muitos brasileiros, e não por acaso. Afinal, estes gadgets podem ser tão úteis quanto notebooks e computadores de mesa, com um bom poder de processamento e dezenas de sensores que os tornam verdadeiros canivetes suíços digitais.

Smartphones modernos são como computadores portáteis, mas sem cooler (Fonte da imagem: Divulgação Samsung)

 

Apesar de toda essa tecnologia que cabe no bolso, um detalhe sobre esses gadgets passa despercebido para muitos usuários: você não vê nenhuma ventoinha neles, diferente do que acontece com seus primos maiores.

O Tecmundo preparou esta matéria que vai ajudar você a entender melhor o motivo de não haver aberturas por onde o ar quente é soprado para fora nos tablets e smartphones. Confira!

 

Energia gera calor

Para entender os motivos da eficiência na manutenção da temperatura dos portáteis, primeiro precisamos entender o que faz os computadores maiores precisarem de tantos coolers. A primeira diferença notada entre os dois mundos é o espaço que eles ocupam. Claro, não é o tamanho maior que faz os desktops serem mais quentes, mas você logo verá que a relação é bastante grande.

Desktops e a maioria dos notebooks ainda são muito dependentes de componentes mecânicos para operar, como leitores de CD e discos rígidos que têm várias partes móveis. Diferente de circuitos eletrônicos, a miniaturização de mecanismos físicos é muito mais difícil, fazendo o patamar mínimo para o tamanho deles ser bem mais alto. Tablets e smartphones confiam apenas em circuitos puramente eletrônicos para quase todas as suas funções.

Interior de um HD (Fonte da imagem: Divulgação Samsung)

 

Movimentar partes móveis é um trabalho energeticamente custoso, o que explica o tamanho maior de um dos componentes que mais gera calor nos computadores: fontes de energia. As fontes de alimentação são as responsáveis por modular a corrente alternada da tomada e transformá-las nas diferentes correntes contínuas que alimentam os componentes do computador.

Quanto maior a variabilidade e exigência energética dos componentes, mais capacitores, transistores e mosfets a fonte precisa, todos gerando sua própria parcela de calor. Em suma, é possível afirmar que o primeiro motivo que faz os desktops e notebooks ficarem mais quentes é a maior quantidade de energia correndo dentro deles.

Assim como nas CPUs, todas as fontes precisam de ventoinhas (Fonte da imagem: Divulgação XFX)

 

Nos portáteis, a fonte está quase completamente ausente, já que são alimentados por baterias que armazenam a energia na tensão e modulação certa. A necessidade de uma fonte que fica entre o gadget e a tomada da parede ainda existe para os momentos em que o aparelho é carregado, apesar de ser totalmente externa.

É importante notar também que, quanto mais difícil for fabricar um componente, mais caro ele fica. Por isso, os fabricantes não investem tanto na miniaturização e eficiência energética de notebooks e, principalmente, desktops, porque essa não é uma necessidade primária para o mercado.

 

Arquitetura diferenciada

Outro motivo que faz os gadgets exigirem menos energia para operar é a arquitetura mais especializada. Notebooks e desktops são feitos para serem robustos e altamente escalonáveis, sempre tentando manter a compatibilidade com o maior número de componentes possíveis.

Placa-mãe de um desktop (direita) comparada à de um iPad

 

Isso é ainda mais evidente em computadores mais “hardcore”, com placa-mãe com mais de dez conectores USB, meia dúzia de SATAs, duas interfaces de rede, várias PCIs, slots de memória extra e muitos outros conectores. Manter suporte a todos estes equipamentos também aumenta o fluxo de energia entre as placas e chips controladores, contribuindo para o calor interno.

Já os tablets são altamente focados e não são projetados para dar suporte a quase nenhum componente extra além do que já está encaixado na placa principal. Dessa forma, os fabricantes podem limitar os tablets e smartphones a terem apenas uma motherboard que já inclui o processador, a memória RAM e demais controladores.

System-on-a-chip TEGRA3: CPU, GPU, ponte norte, ponte sul e controlador de memória (Fonte da imagem: Divulgação NVIDIA)

 

Toda essa especialização e controle sobre os diferentes componentes do gadget é um prato cheio para a prática de se unir o maior número possível de controladores dentro de um único circuito integrado, os chamados system on a chip. Novamente, reduzir o número de CIs diminui o consumo energético e, consequentemente, a produção de calor.

 

Menores e mais eficientes

Por último, mas não menos importante, está o fato de que a exigência de processamento para os dispositivos móveis é muito menor. Por mais poderoso que um iPad ou tablet com a última versão do Android possa parecer, dificilmente ele poderia rodar (tranquilamente) um aplicativo do nível do Microsoft Word 2010, com todas as suas centenas de ferramentas e dependências.

Afinal, gadgets portáteis são destinados para aplicações portáteis, com poucas informações aparecendo simultaneamente em uma tela bem menor do que a de um notebook ou desktop. Somando isso ao fato de que o sistema operacional também é mais simplificado, o resultado é um desempenho satisfatório mesmo com o hardware menos poderoso.

Outro fator que diminui muito a produção de calor é a arquitetura do componente que normalmente é o que mais esquenta: o processador. As CPUs dos tablets são feitas para abranger o maior número possível de funções com o mínimo de transístores, o que contribui muito para a economia de energia.

A baixa emissão de calor de todos estes componentes modernos permite que apenas dissipadores passivos sejam o suficiente para arrefecer o aparelho, eliminando a necessidade de ventoinhas mecânicas.

 

A bateria agradece

Perceba que quase todas as vantagens dos tablets e smartphones que foram citadas até agora receberam ênfase primária em sua eficiência energética, depois no calor gerado. Essa abordagem não ocorreu por acaso, afinal, quanto menos energia ele consumir, mais tempo vai durar a bateria do gadget, além de mantê-lo frio por mais tempo.

Placa principal de um iPad (Fonte da imagem: Divulgação BricoJapan)

 

Tamanha é a preocupação com o consumo de energia dos portáteis que os fabricantes têm optado em usar apenas componentes de alta eficiência não só em processadores e unidades de armazenamento, mas no aparelho como um todo. Basta olhar novamente para a placa principal do iPad (acima) para perceber que capacitores de alumínio (aqueles redondos) deram lugar a alguns poucos capacitores de tântalo e muitos microchips de silício.

Além disso, as próprias ventoinhas são componentes mecânicos que precisam consumir energia para funcionar, consequentemente, o próprio dispositivo usado para arrefecer o aparelho é um agente que contribuí com o calor, algo completamente indesejado.

Fonte: Tecmundo

O2 Pursuit: moto que funciona com ar comprimido passa fácil dos 100 km/h

Por Nilton Kleina, 16 de Dezembro de 2011

Veículo é potente e aposta em energia limpa para conquistar aventureiros.

(Fonte da imagem: TwoWheelsBlog)

 

Enquanto todos os veículos por aí funcionam com álcool, gasolina, hidrogênio ou eletricidade, a moto O2 Pursuit é única. Movida a ar comprimido, ela é uma das grandes apostas para o mercado no futuro – e não fica atrás em desempenho de muito veículo que despeja carbono por aí.

A motocicleta tem um design bastante simples e sem muitos detalhes. O veículo é capaz de atingir até 140 km/h e tem um tanque com capacidade para 18 litros para armazenar o ar. Como o projeto inicial foi feito por um estudante de design da RMIT University, o chassi é baseado em um modelo já existente, no caso a Yamaha WR250F.

De acordo com o TwoWheelsBlog, um protótipo foi apresentado em 2010 e venceu oMelbourne Design Award. Agora, a Benstead está produzindo um modelo para a prática de off-road (trajetos sem alfato e com obstáculos naturais), mas ainda está fazendo testes e não pensa em produzi-las em larga escala por enquanto.

Fonte: Tecmundo

Óculos convencionais podem ser transformados em telas de vídeo

Por Douglas Ciriaco, 15 de Dezembro de 2011

Dispositivo recebe sinais de vídeo de iPhone e permite reprodução HD em óculos normais.

Lumus tranforma óculos em telas de vídeo em HD. (Fonte da imagem: TechCrunch)

 

A Lumus apresentou nesta semana um dispositivo que transforma óculos convencionais em telas para projeção de vídeos em alta definição. O aparelho vai acoplado na lateral das lentes e está conectado a um iPhone. Assim, ele recebe e transmite o sinal enviado pelo smartphone para exibir um vídeo de até 720p.

De forma resumida, o que o dispositivo faz é enviar e refratar a luz das lentes, oferecendo uma experiência mais luminosa e alinhada. Conforme relato publicado no TechCrunch por um redator que teve contato com os óculos, a experiência é impressionante, pois cada uma das telas trabalha de forma independente, permitindo exibições em 3D em alta definição. Tudo isso sem prejudicar as lentes, através das quais ainda é possível enxergar.

Visualmente falando, a parte inconveniente fica pelos dispositivos nada discretos que a invenção adiciona aos óculos. Reduzir o tamanho dos receptores e, quem sabe, trabalhar em um método para recebimento de dados sem fio podem ser os próximos desafios para melhor ainda mais este ótimo trabalho da Lumus.

Além disso, a fabricante pretende dar novos usos ao aparelho, indo além da transmissão de vídeos. Um dos objetivos é aprimorar o dispositivo para navegação de GPS para motoristas. O aparelho deve ser apresentado na Consumer Electronics Show (CES) do próximo ano.

 

Fonte: Tecmundo

Ciência corre para encontrar substituto do silício

Por The New York Times, 15/12/2011 - 08h53

Califórnia - Num bagunçado laboratório de produção de chips no campus de Stanford, Max Shulaker está produzindo à mão os menores circuitos de computador do mundo.

Shulaker, estudante de engenharia elétrica, está ajudando a abrir o caminho de um extraordinário processo de manufatura personalizado: fazer protótipos de um novo tipo de circuito semicondutor que um dia pode vir a ser a base dos supercomputadores mais rápidos do mundo _ sem mencionar os menores e mais econômicos eletrônicos.

 

Se a nova tecnologia se mostrar factível, vai impedir uma crise que ameaça deter mais de cinco décadas de progresso dos fabricantes de chips, que agora podem produzir rotineiramente circuitos menores do que um comprimento de onda de luz para criar computadores ainda mais poderosos.

Acontece que até as ondas de luz têm limites. Numa indústria famosa por invenções radicais e engenhosas, os projetistas têm a urgência premente de achar novas formas para fazer circuitos menores, mais velozes e baratos.

Neste ano a Intel, a maior fabricante mundial de chips, apresentou o transistor 3D que empurra um pilar fino da superfície do silício, num esforço para acomodar bilhões de chaves minúsculas num único microprocessador.

Essa abordagem é controversa; o desafio não é apenas espremer mais chaves, mas fazê-las ligar e desligar de forma rápida e limpa, e muita gente do setor acredita haver meios menos drásticos de conseguir isso.

E seja qual for a abordagem que se mostrar mais eficiente, existe um consenso crescente entre engenheiros e executivos da indústria de que os dias do silício estão contados. Surge no horizonte um universo de fabricação ainda menor, os nanoeletrônicos, que será caracterizado pela capacidade de construir circuitos em escala molecular.

Assim, em universidades e laboratórios empresariais do mundo inteiro, os pesquisadores estão tentando desenvolver a próxima geração das tecnologias de produção de chips.

Shulaker é membro do Robust Systems Group, em Stanford, liderado por Subhasish Mitra, ex-engenheiro da Intel. A nova chave que ele e outros pesquisadores estudantes estão fazendo se chama transistores de efeito de campo de nanotubo de carbono (CNFET, na sigla em inglês).

Para produzir os protótipos de chave, Shulaker primeiro faz crescer quimicamente bilhões de nanotubos de carbono _ cada um com espessura de 12 átomos _ numa superfície de quartzo. Ele os cobre com uma película ultrafina de ouro e depois usa um pedaço de fita _ feito um removedor de bolinhas de roupa _ para coletá-los manualmente e transferi-los suavemente a uma bolacha de silício.

A diferença é que, pela primeira vez, os circuitos não são gravados com ondas de luz; em vez disso, ao menos em parte, eles se "automontam". Os fios ultrafinos feitos com nanotubos de carbono são fixados por meio de um processo químico que é a primeira etapa para produzir um circuito de computador.

O resultado são nanocircuitos muito menores, que usam muito menos energia que os circuitos de computador mais avançados de hoje em dia, feitos com silício.

Com o método de gravação por luz, a menor parte de um semicondutor tem atualmente 32 nanômetros, e a nanotecnologia é uma abordagem em que tanto a Intel quanto a IBM depositam altas esperanças quando as peças do semicondutor tiverem sete nanômetros _ o que já pode acontecer em 2017.

"Estamos explorando isso muito a sério", disse Supratik Guha, diretor de ciência física do laboratório de pesquisa Thomas J. Watson da IBM. "Sentimos que, conseguindo colocar nanotubos de carbono a poucos nanômetros de distância, eles terão um desempenho superior ao silício."

A ideia de reduzir circuitos eletrônicos remonta pelo menos a 1960, quando um jovem engenheiro elétrico chamado Douglas Engelbart falou numa conferência sobre rádio e técnica eletrônica na Filadélfia. Engelbart teve a ideia de que reduzir o circuito básico dos primeiros computadores digitais poderia levar a uma redução drástica de energia.

"Rapaz, teremos algumas surpresas por aí", ele disse à plateia.

A declaração se revelou um juízo modesto.

Uma década depois, Gordon Moore, então químico da Fairchild Semiconductor, formalizou a capacidade de uma nova técnica chamada fotolitografia para reduzir componentes, dizendo que ela poderia ser feita a intervalos regulares e prevendo que o método seria exponencial _ dobrando o número de transistores que poderiam ser colocados num microchip todo ano.

A Lei de Moore, como veio a ser chamada, só era um pouco otimista: a duplicação se deu a cada 18 meses, mais ou menos, durante quase cinco décadas. Hoje em dia, vários bilhões de transistores podem caber num único chip, e a resultante era dos microeletrônicos transformou o mundo, estendendo-se virtualmente a todo aspecto da existência humana _ dos agricultores de subsistência africanos que agora podem receber os preços do mercado por mensagem de texto aos supercomputadores capazes de simular explosões nucleares e prever mudanças climáticas.

Só que, a cada nova geração de tecnologia, os obstáculos se tornaram mais imponentes e o custo para suplantá-los está subindo, não caindo. Por exemplo, a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, um dos maiores fabricantes de chips do mundo, espera gastar quase US$ 10 bilhões em sua nova fábrica.

Além disso, à medida que os circuitos de computador CMOS padrão acolhem mais e mais transistores, eles costumam deixar eletricidade vazar, gerando calor em excesso.

Os sinais de alerta começaram há uma década, quando Patrick P. Gelsinger, então diretor de tecnologia da Intel, avisou que, se a tendência continuasse, os chips com microprocessadores chegariam à temperatura da superfície do Sol em 2011. Para impedir isso, a empresa deu a chamada "guinada rápida para a direita", ganhando velocidade ao acrescentar recursos paralelos em vez de aumentar a velocidade de clock dos chips.

Todavia, mesmo essa abordagem tem limites. Neste ano, pesquisadores da Universidade de Washington e a Microsoft alertaram sobre o que chamaram de "silício negro". Com tantos processadores num único chip, fica impraticável fornecer energia para todos eles ao mesmo tempo. Assim, alguns transistores ficam sem energia _ "negros", no jargão do setor.

Os novos limites são particularmente intimidadores para projetistas de supercomputadores, que estão buscando construir um sistema em "escala exa" _ mil vezes a velocidade dos computadores mais velozes de hoje em dia _ até 2019. Usando componentes de hoje, isso exigiria de dez milhões a cem milhões de processadores _ comparados a quase um milhão agora _ e consumiria mais de um bilhão de watts.

Na conferência anual de supercomputação em Seattle, no mês passado, Jen-Hsun Huang, CEO da Nvidia, fabricante de chips de aceleração gráfica usados em videogames e computadores, alertou para o fato de que, enquanto o desempenho da supercomputação melhorou um milhão de vezes nas duas últimas décadas, a energia necessária para usar um computador havia aumentando apenas 40 vezes.

Essa taxa de crescimento havia sido prevista por Robert H. Dennard, engenheiro elétrico da IBM que inventou o chip de memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM). Contudo, diante do problema crescente de vazamento de eletricidade, o grande benefício, que oferecia um aumento de desempenho constante de oito vezes por watt, chegou a seu limite.

"O impacto dessa pequena análise é dramático ao longo do tempo", disse Huang. "É fundamental para nossa indústria _ é a nossa gravidade."

A empresa de Huang, que começou no Vale do Silício fazendo placas de vídeo para videogames 3D e recentemente começou a oferecer um programa para otimizar processadores em aplicações científicas e de engenharia, reflete tendências amplas na indústria do computador.

Até a década de 1990, os sistemas de computação de ponta começaram como aplicações militares e corporativas. Desde então, a tecnologia foi cada vez mais levada de baixo para cima. A enorme economia de escala oferecida por produtos eletrônicos de consumo determinou que vários dos supercomputadores mais velozes fossem agora construídos com componentes criados para consumidores finais.

Na conferência de supercomputação deste ano, por exemplo, pesquisadores do Centro de Supercomputação de Barcelona, Espanha, anunciaram que estavam planejando um sistema baseado num novo chip da Nvidia que combina processadores gráficos com o microprocessador ARM largamente usado em smartphones.

Todavia, combinar processadores gráficos, microprocessadores e outros componentes em chips integrados é só um tapa-buraco. Segundo especialistas, dentro de poucos anos, os transistores CMOS convencionais não terão mais capacidade de serem reduzidos no ritmo da Lei de Moore.

Aqui em Stanford, Mitra afirma que um sistema baseado em nanotubos de carbono pode superar em grande medida a atual tecnologia de transistor 3D da Intel. Na verdade, talvez seja possível empilhar várias camadas dessas chaves de carbono, criando circuitos tridimensionais de verdade.

Só que ele reconhece que a tecnologia do nanotubo de carbono "ainda tem seus problemas".

Outras tecnologias também podem ser concorrentes na loteria dos nanoeletrônicos.

Pesquisadores do HP Labs disseram que estão perto de comercializar uma nova tecnologia de semicondutor baseada num elemento de circuito chamado "memristor", que pode substituir transistores, inicialmente num chip de memória que pode oferecer uma alternativa às memórias Flash e DRAM.

Os pesquisadores haviam anunciado no periódico "The Proceedings of the National Academy of Sciences" que haviam inventado um novo método para armazenar e recuperar informações de um amplo conjunto tridimensional de memristores. Potencialmente, o esquema poderia liberar os projetistas para empilhar milhares de chaves em muitos andares, permitindo uma nova classe de equipamentos de computação ultradensos mesmo depois que a redução bidimensional chegar aos limites fundamentais.

Durante uma palestra recente em Stanford, Stan Williams, físico que está comandando os trabalhos da HP, afirmou que o grupo estava se concentrando num novo tipo de material semicondutor, o dióxido de titânio, que poderia rivalizar com o silício.

"Basta dizer que não é um futuro longínquo. Isso não vai demorar nem dez anos."

Williams afirmou que o memristor poderia ter significativas vantagens de tamanho e energia em relação aos transistores convencionais usados em equipamentos lógicos, como microprocessadores, que precisam estar sempre energizados para manter a informação. Em contraste, a tecnologia da HP não é volátil _ é necessário aplicar energia para mudar o estado da chave e ler seu valor.

Além disso, a exemplo do nanotubo de carbono, ele se presta a estruturas tridimensionais.

"A comunidade está correndo atrás disso há 30 anos."

Fonte: Info

Acenda a luz em vez de trocar a bateria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/12/2011

O material biocompatível pode ser implantado, gerando energia para recarregar as baterias de implantes médicos. [Imagem: Miyako et al./Wiley]

 

Energia através da pele

Marca-passos, desfibriladores e outros implantes médicos precisam de energia para funcionar.

Mas eles precisam ter suas bateriastrocadas periodicamente, o que exige novas cirurgias, com todos os riscos associados.

Agora, cientistas japoneses criaram um conversor de energia implantável que produz eletricidade ao ser iluminado pela luz de um laser.

Segundo Eijiro Miyako, do Instituto de Tecnologias Industriais Avançadas do Japão, o laser de baixa potência pode ser disparado através da pele com total segurança.

Esse procedimento, não-invasivo e sem riscos para o paciente, pode ser feito tão logo haja sinais de que as baterias dos implantes médicos precisem de uma recarga.

 

Geração de energia pelo corpo

Os marca-passos não são os únicos equipamentos bioeletrônicos em uso.

Há também os chamados "marca-passos da dor", que aliviam dores crônicas, neuroestimuladores para enviar sinais diretamente para a medula óssea e bombas para liberação automática de medicamentos, incluindo insulina para diabéticos.

E há muitos mais em desenvolvimento, um trabalho frequentemente limitado pela durabilidade das baterias.

Há uma convenção tácita de que as baterias dos implantes médicos devam durar pelo menos 10 anos, o que, por sua vez, limita a funcionalidade e o desempenho desses implantes.

Há alternativas às baterias, como biocélulas que produzem energia a partir da glicose do corpo, dínamos acionados pelos músculos e até eletricidade sem fios.

Mas nenhuma delas é tão prática e controlável quanto o novo conversor acionado por laser.

 

Luz, calor e eletricidade

O conversor é composto por nanotubos de carbono incorporados em uma matriz de silicone. Os nanotubos absorvem a luz do laser, convertendo-a para calor.

Esse calor é então usado para gerar eletricidade por meio do efeito Seebeck: em um circuito elétrico feito com dois condutores diferentes, uma diferença de temperatura entre os dois gera uma pequena corrente elétrica.

Como somente a parte do dispositivo que é iluminada pelo laser se aquece, gera-se a necessária diferença de temperatura.

Como os nanotubos de carbono absorvem bem a luz no comprimento de onda que consegue atravessar a pele, o dispositivo não precisa ter mais do que meio centímetro, o que viabiliza seu implante sob a pele.

Bibliografia:
A Photo-Thermal-Electrical Converter Based On Carbon Nanotubes for Bioelectronic Applications
Eijiro Miyako, Chie Hosokawa, Masami Kojima, Masako Yudasaka, Ryoji Funahashi, Isao Oishi, Yoshihisa Hagihara, Mototada Shichiri, Mizuki Takashima, Keiko Nishio, Yasukazu Yoshida
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 50, 1 - 6
DOI: 10.1002/anie.201106136

Fonte: Inovação Tecnológica