Nas últimas semanas do governo Obama foi divulgado um relatório que repercutiu na comunidade federal de ciência e tecnologia. Intitulado Ensuring Long-Term US Leadership in Semiconductors (Garantindo a Liderança dos EUA a Longo Prazo em Semicondutores), ele alertava que, à medida que as formas convencionais de construção de chips esbarravam nas leis da física, os Estados Unidos corriam o risco de perder sua vantagem nesse setor. Cinco anos e meio depois, em 2022, o Congresso e a Casa Branca colaboraram para lidar com essa possibilidade, aprovando o CHIPS and Science Act — um empreendimento ousado, inspirado no Projeto Manhattan, no programa Apollo e no Projeto Genoma Humano. Ao longo de três administrações, o governo dos EUA começou a se organizar para a próxima era da Computação.
A Secretária de Comércio, Gina Raimondo, chegou ao ponto de comparar diretamente a aprovação do CHIPS com o apelo do Presidente John F. Kennedy, em 1961, para que o homem chegasse à Lua. Ao fazer isso, ela estava evocando uma tradição dos EUA de organizar o ecossistema nacional de inovação para atingir um objetivo tecnológico audacioso — um objetivo que o setor privado sozinho não conseguiria atingir. Antes do anúncio de JFK, havia desafios organizacionais e discordância sobre o melhor caminho a seguir para garantir a competitividade nacional no espaço. Esse é o padrão das ambições tecnológicas deixadas por conta de seus próprios cronogramas.
Definir uma política nacional para o desenvolvimento tecnológico envolve fazer concessões e lidar com questões futuras desconhecidas. Como um governo leva em conta a incerteza tecnológica? Qual será a natureza de sua interação com o setor privado? E faz mais sentido se concentrar em aumentar a competitividade no curto prazo ou fazer grandes apostas em possíveis avanços?
O CHIPS and Science Act destinou US$ 39 bilhões para trazer as fábricas de chips, ou “fabs”, e seus principais fornecedores de volta aos Estados Unidos, com um compromisso adicional de US$ 11 bilhões para P&D em microeletrônica. No centro do programa de P&D estaria o National Semiconductor Technology Center (Centro Nacional de Tecnologia de Semicondutores), ou NSTC — previsto como um “centro de excelência” nacional que reuniria o melhor do ecossistema de inovação para inventar a próxima geração de microeletrônica.
No ano e meio que se passou desde então, os programas e escritórios do CHIPS foram criados e as instalações de fabricação de chips no Arizona, Texas e Ohio foram inauguradas. Mas é o programa de P&D do CHIPS que tem a oportunidade de moldar o futuro do campo. Em última análise, há uma escolha a ser feita em termos de metas nacionais de P&D: os EUA podem adotar uma estratégia conservadora que visa preservar sua liderança nos próximos cinco anos, ou podem se orientar em direção a projetos ambiciosos genuínos na computação. A maneira como a NSTC é organizada e os programas de tecnologia que ela escolhe seguir determinarão se os Estados Unidos vão jogar pelo seguro ou se vão “apostar tudo”.
Bem-vindo ao dia do acerto de contas
Em 1965, o falecido fundador da Intel, Gordon Moore, fez uma previsão famosa de que o caminho para o futuro da computação envolvia amontoar mais transistores, ou minúsculos interruptores, em pastilhas planas de silício. Extrapolando a partir do nascimento do circuito integrado sete anos antes, Moore previu que a contagem de transistores dobraria regularmente enquanto o custo por transistor diminuiria. Mas Moore não estava apenas fazendo uma previsão. Ele também estava prescrevendo uma estratégia tecnológica (às vezes chamada de “escalonamento de transistores”): encolha os transistores e coloque-os cada vez mais próximos uns dos outros, e os chips se tornarão mais rápidos e mais baratos. Essa abordagem não apenas levou ao surgimento de um setor de semicondutores de US$ 600 bilhões, mas também conduziu o mundo à era digital.
Sempre perspicaz, Moore não esperava que o aumento de escala dos transistores durasse para sempre. Ele se referiu ao momento em que esse processo de miniaturização atingiria seus limites físicos como o “dia do acerto de contas”. O setor de chips está agora muito próximo de chegar a esse dia, se é que já não chegou. Os custos estão subindo vertiginosamente e os desafios técnicos estão aumentando. Os mapas rodoviários do setor sugerem que talvez tenhamos apenas cerca de 10 a 15 anos antes que o escalonamento do transistor atinja seus limites físicos — e talvez deixe de ser lucrativo mesmo antes disso.
Para manter o avanço dos chips no curto prazo, o setor de semicondutores adotou uma estratégia em duas partes. Por um lado, está construindo chips “aceleradores” adaptados para aplicações específicas (como inferência e treinamento de IA) para acelerar a computação. Por outro lado, as empresas estão criando hardware a partir de componentes funcionais menores — chamados de “chiplets” — para reduzir custos e melhorar a personalização. Esses chiplets podem ser dispostos lado a lado ou empilhados uns sobre os outros. A abordagem 3D pode ser um meio especialmente poderoso de aumentar a velocidade.
Essa estratégia em duas partes ajudará nos próximos 10 anos, aproximadamente, mas tem limites a longo prazo. Por um lado, ela continua a depender do mesmo método de construção de transistores que atualmente está chegando ao fim da linha. E mesmo com a integração 3D, continuaremos a enfrentar gargalos de comunicação que consomem muita energia. Não se sabe ao certo por quanto tempo essa abordagem permitirá que os fabricantes de chips produzam computadores mais baratos e mais capazes.
Construindo uma base institucional para projetos ambiciosos
A saída clara é desenvolver alternativas à computação convencional. Não faltam candidatos, incluindo a computação quântica, a computação neuromórfica, que imita a operação do cérebro em hardware, e a computação reversível, que tem o potencial de levar a eficiência energética da computação aos seus limites físicos. E há muitos materiais e dispositivos novos que podem ser usados para construir os computadores do futuro, como fotônica de silício, materiais magnéticos e eletrônica de supercondutores. Essas possibilidades podem até ser combinadas para formar sistemas de computação híbridos.
Nenhuma dessas tecnologias potenciais é nova: os pesquisadores vêm trabalhando nelas há muitos anos, e a computação quântica certamente está progredindo no setor privado. Mas somente Washington tem o poder de convocação e o dinheiro para P&D para ajudar esses novos sistemas a atingir escala. Tradicionalmente, os avanços na microeletrônica surgiram de forma fragmentada, mas a realização de novas abordagens para a computação exige a criação de uma “pilha” de computação totalmente nova — desde o nível do hardware até os algoritmos e o software. Isso requer uma abordagem que possa reunir todo o ecossistema de inovação em torno de objetivos claros para lidar com vários problemas técnicos em conjunto e fornecer o tipo de suporte necessário para “reduzir o risco” de empreendimentos que, de outra forma, seriam arriscados.
Faz mais sentido se concentrar em aumentar a competitividade no curto prazo ou fazer grandes apostas em possíveis avanços?
A NSTC pode impulsionar esses esforços. Para ser bem-sucedida, ela faria bem em seguir o exemplo da DARPA, concentrando-se em programas ambiciosos. Seu programa de pesquisa precisará ser isolado de pressões externas. Ela também precisa promover visionários, incluindo gerentes de programas do setor e do meio acadêmico, e apoiá-los com uma grande equipe técnica interna.
O fundo de investimento do centro também precisa ser cuidadosamente gerenciado, com base nas melhores práticas dos fundos de investimento de alta tecnologia existentes, como garantir a transparência por meio de práticas de devida diligência e oferecer aos empreendedores acesso a ferramentas, instalações e treinamento.
Ainda é cedo para a NSTC: o caminho para o sucesso pode ser longo e sinuoso. Mas este é um momento crucial para a liderança dos EUA em computação e microeletrônica. Ao traçarmos o caminho a seguir para a NSTC e outras prioridades de P&D, precisaremos pensar criticamente sobre os tipos de instituições necessárias para chegarmos lá. Talvez não tenhamos outra chance de acertar.
Brady Helwig é diretor associado de economia e PJ Maykish é consultor sênior do Special Competitive Studies Project, uma fundação privada cujo foco é fazer recomendações para fortalecer a competitividade dos EUA a longo prazo.
MIT Technology Review
