História - Quais as principais características e principais diferenças entre os processadores X86-64 e ARM?

Pessoal,

Hoje vou começar um novo tipo de post. Será algo meio história, meio reportagem. É um compilado de artigos e informações para tirar alguma dúvida futura. Espero que gostem.

A Grande Saga dos Processadores: Uma Exploração Exaustiva de x86/64 e ARM

Os processadores são o coração pulsante da era digital, as engrenagens invisíveis que transformam eletricidade em cálculos, jogos, inteligência artificial e conectividade global. Desde os primeiros computadores que ocupavam salas inteiras até os dispositivos móveis que carregamos no bolso, essas maravilhas tecnológicas moldaram o mundo. No centro dessa revolução estão duas arquiteturas que definem o cenário da computação: x86/64 e ARM. Cada uma é mais do que um conjunto de circuitos – é uma filosofia, uma visão de como a computação deve funcionar. Neste artigo, embarcaremos em uma jornada épica, explorando a história dos processadores, os conceitos de CISC e RISC, a evolução detalhada de x86/64 e ARM, suas características, pontos fortes e limitações, com exemplos práticos, como códigos em assembly, e dados concretos, como consumo de energia e desempenho. Vamos destacar as diferenças entre chips ARM móveis, como Snapdragon e Apple A-series, e os ARM para desktops, como o Apple M-series.

A História dos Processadores: Da Era das Válvulas à Revolução dos Chips

A história dos processadores é uma crônica de inovação, marcada por saltos tecnológicos que reduziram o tamanho, o consumo de energia e o custo, enquanto aumentaram exponencialmente o desempenho. Tudo começou na década de 1940, com o ENIAC (1945), um colosso de 17.468 válvulas que ocupava 167 m², consumia 150 kW e executava 5.000 adições por segundo. Projetado para cálculos balísticos durante a Segunda Guerra Mundial, o ENIAC era um prodígio, mas sua manutenção era um pesadelo: válvulas queimavam diariamente, e sua energia poderia alimentar uma pequena vila. A década de 1950 trouxe os transistores, que substituíram as válvulas, reduzindo o consumo para 20-50 kW e o tamanho para armários. O IBM 7090 (1960), com 50.000 transistores, executava 229.000 operações por segundo e custava $2.9 milhões, sendo usado em missões espaciais da NASA.

ENIAC

IBM 7090 da NASA

A verdadeira revolução veio em 1971, com o Intel 4004, o primeiro microprocessador comercial. Com 2.300 transistores, clock de 740 kHz, consumo de 1 W e 60.000 instruções por segundo, o 4004 era pequeno o suficiente para calculadoras e marcava o início da integração de CPUs em chips. Ele custava $200 (aproximadamente $1.580 em valores atuais), um preço acessível para fabricantes. Na década de 1970, microprocessadores como o Zilog Z80 (1976, 8.500 transistores, 2.5 MHz, 0.8 W) e o Motorola 6800 (1974, 4.100 transistores, 1 MHz, 1.2 W) alimentaram os primeiros computadores pessoais, como o Altair 8800 e o Apple II (o MSX também usava o Z80, mas só veio na década de 1980). Esses sistemas consumiam 20-50 W e custavam $1.000-$2.000, trazendo a computação para pequenas empresas e entusiastas. Em 1979, o mercado de PCs atingiu 500.000 unidades, segundo a IDC.

Intel 4004

Motorola 6800

Zilog Z80

A década de 1980 foi um divisor de águas. A Intel lançou a arquitetura x86, que se tornaria o padrão dos PCs, enquanto a Acorn Computers desenvolveu o ARM, focado em eficiência energética. Essas arquiteturas, baseadas em paradigmas opostos – CISC para x86 e RISC para ARM – moldaram o futuro. Antes de mergulharmos em suas histórias, vamos explorar esses paradigmas.

CISC vs. RISC: As Filosofias que Moldam os Processadores

Os processadores modernos são construídos sobre dois paradigmas fundamentais: CISC (Complex Instruction Set Computer) e RISC (Reduced Instruction Set Computer). Essas abordagens definem como um processador interpreta instruções, influenciando desempenho, eficiência energética e complexidade de design. Vamos desmistificar cada uma, com exemplos práticos em assembly para ilustrar suas diferenças.

CISC: A Arte da Complexidade

A arquitetura CISC, adotada pelo x86, é como um canivete suíço: um conjunto extenso de instruções, muitas das quais realizam várias operações em um único comando. Imagine um chef que, com uma única ordem, corta, mistura e cozinha um prato completo. No x86-64, há mais de 1.500 instruções, incluindo extensões como SSE, SSE2 e AVX-512, que processam dados vetoriais para multimídia e inteligência artificial. Algumas instruções, como MUL (multiplicação), podem acessar memória, calcular e armazenar resultados, mas levam 3-10 ciclos de clock. Essa complexidade reduz o tamanho do código: um programa que exige 100 instruções em RISC pode precisar de apenas 70 em CISC, segundo a Intel.

A força do CISC está na flexibilidade. Ele simplifica o desenvolvimento de software, pois instruções poderosas diminuem a carga sobre os programadores. Por exemplo, a instrução MOVS copia strings diretamente da memória, algo que em RISC requer múltiplos comandos. No entanto, a complexidade aumenta o consumo de energia e o número de transistores. O Intel Core i9-13900K (2022) tem 2.6 bilhões de transistores, consome até 253 W em carga máxima e atinge temperaturas de 90°C, exigindo resfriamento líquido avançado. A retrocompatibilidade é outro trunfo: softwares de 1980, como o MS-DOS, rodam nativamente em CPUs x86-64 modernas.

Exemplo de Código Assembly x86 (CISC):

Para somar dois números na memória e armazenar o resultado:

MOV AX, [numero1]    ; Carrega numero1 da memória para o registrador AX
ADD AX, [numero2]    ; Soma numero2 (na memória) ao AX
MOV [resultado], AX  ; Armazena o resultado na memória

Essa sequência usa 3 instruções, com ADD combinando acesso à memória e cálculo, mas pode levar 5 ciclos devido à complexidade.

RISC: A Beleza da Simplicidade

A arquitetura RISC, usada pelo ARM, é como um conjunto de ferramentas especializadas: cada instrução é simples, executada em um único ciclo de clock. No ARMv8-A, há cerca de 200 instruções, focadas em operações como load/store (carregar/armazenar) e aritmética básica. Um programa RISC pode ter 20-50% mais instruções que um CISC, mas a simplicidade reduz o consumo de energia e o tamanho do chip. O Apple M2 (2022) tem 20 bilhões de transistores, consome 20 W e opera a 3.5 GHz, oferecendo 200 GIPS (Gig Instructions Per Second ou bilhões de instruções por segundo).

A eficiência do RISC vem de pipelines otimizados e designs escaláveis. Um núcleo Cortex-A78 (0.5 W, 3 GHz) executa 4 instruções por ciclo, alcançando 12 GIPS. A desvantagem é a carga sobre os compiladores, que devem traduzir programas complexos em instruções simples. Por exemplo, copiar uma string em ARM requer múltiplos loads e stores, ao contrário do MOVS do x86.

Exemplo de Código Assembly ARM (RISC):

Para a mesma soma:

LDR R0, [R1]       ; Carrega numero1 da memória para R0
LDR R2, [R3]       ; Carrega numero2 da memória para R2
ADD R4, R0, R2     ; Soma R0 e R2, armazena em R4
STR R4, [R5]       ; Armazena o resultado na memória

Essa sequência usa 4 instruções, cada uma executada em 1 ciclo, mas o código é mais longo.

Convergência Moderna

Historicamente, CISC dominava desktops e servidores, enquanto RISC brilhava em dispositivos móveis. Hoje, as diferenças diminuíram. O x86-64 converte 70% de suas instruções CISC em micro-operações RISC internamente. O ARM, por sua vez, adicionou instruções complexas, como SVE2, que processam vetores de até 2.048 bits para IA, rivalizando com o AVX-512 do x86. Estudos mostram que o Cortex-X4 executa 15% mais instruções por watt que o Intel Core i7-13700H em tarefas de inferência.

CISC x RISC

A História do x86 e x86-64: O Legado dos PCs

Origens na Década de 1970

A arquitetura x86 nasceu em 1978, quando a Intel lançou o 8086, um processador de 16 bits que lançou as bases para a revolução dos PCs. Com 29.000 transistores, clock de 5-10 MHz, consumo de 1.8 W e 0.33 MIPS, o 8086 era um chip CISC projetado para flexibilidade. Ele suportava 1 MB de memória e instruções complexas, como DIV (divisão), que reduziam o tamanho dos programas em 20%, segundo a Intel. O IBM PC (1981), equipado com o 8088 (1.5 W, barramento de 8 bits), consumia 15 W no total e rodava o MS-DOS, vendendo 250.000 unidades em 1982. O x86 rapidamente dominou 80% do mercado de PCs.

Intel 8086

A escolha do 8086 pela IBM foi um marco. A Intel venceu concorrentes como o Motorola 68000 (68.000 transistores, 2 W), que, embora mais poderoso, custava 50% mais. O 8088, com sua compatibilidade com periféricos de 8 bits, reduziu custos, tornando o IBM PC acessível a empresas. Em 1983, clones como o Compaq Portable, também baseados em x86, ampliaram o mercado para 2 milhões de unidades.

Motorola 68000

Na década de 1980, a Intel expandiu o x86 com chips mais avançados. O Intel 80286 (1982) tinha 134.000 transistores, clock de 6-25 MHz, consumo de 3.3 W e 2.7 MIPS a 12 MHz. Ele introduziu o modo protegido, permitindo multitarefa e endereçamento de 16 MB de memória, essencial para o OS/2. O IBM PC/AT (1984), com o 80286, consumia 30 W e custava $4.000, vendendo 700.000 unidades até 1986.

Intel 80286

O Intel 80386 (1985), ou 386, foi um divisor de águas. Com 275.000 transistores, clock de 12-40 MHz, consumo de 4.5 W e 11.4 MIPS a 33 MHz, ele trouxe 32 bits, suporte a 4 GB de memória e virtualização. O 386 impulsionou o Windows 3.0 (1990), que vendeu 10 milhões de cópias até 1993. Sistemas como o Compaq Deskpro 386 consumiam 40 W e custavam $6.000, mas ofereciam desempenho 5x superior ao 80286. Em 1987 a Intel lançou o Intel 80387, um processador que adicionava funções avançadas de cálculo e que era conhecido como "coprocessador matemático". Em 1988 foi lançada uma versão simplificada do 80386 eliminando a necessidade do 80387 e com redução do número de linhas externas de dados para 16bits, conhecido como 80386 SX (SX de SiXteen), enquanto o modelo original foi rebatizado como 386DX.

Intel 80386, o pioneiro de 32 bits no x86

A competição cresceu com a AMD, que lançou o Am386 (1991, 275.000 transistores, 20-40 MHz, 4 W), idêntico ao 80386 DX, mas 30% mais barato. A Cyrix, fundada em 1988, entrou com o Cx486SLC (1992, 600.000 transistores, 25 MHz, 5 W), que apesar do nome "486" era um 386, voltado para PCs de baixo custo, alcançando 5% do mercado em 1995. A VIA Technologies e a Transmeta também surgiram, mas com menor impacto.

Cyrix Cx486 SLC                                                AMD Am386

Década de 1990: A Era da Multimídia

Os anos 1990 foram marcados por avanços em desempenho e multimídia. O Intel 80486 (1989) tinha 1.2 milhão de transistores, clock de 20-100 MHz, consumo de 6 W e 41 MIPS a 50 MHz. Ele integrou um coprocessador matemático, acelerando softwares como AutoCAD em 50%. O Intel Pentium (1993) trouxe arquitetura superescalar, com 3.1 milhões de transistores, clock de 60-200 MHz, consumo de 10-16 W e 100 MIPS a 66 MHz. Em 1995, 75% dos PCs usavam Pentium, segundo a Gartner.

DIE exposto de um Pentium 

A AMD lançou o K5 (1996, 4.3 milhões de transistores, 75-100 MHz, 12 W, 150 MIPS) e o K6 (1997, 8.8 milhões de transistores, 166-300 MHz, 15 W, 200 MIPS). A Cyrix contribuiu com o 6x86 (1996, 3 milhões de transistores, 120-166 MHz, 20 W), enquanto a VIA, após adquirir a Cyrix, lançou o C3 (2001, 20 MHz, 7 W) para dispositivos embarcados. Extensões como MMX (1997) e SSE (1999) revolucionaram multimídia: o Pentium II (1997, 7.5 milhões de transistores, 233-450 MHz, 25 W) processava vídeos MPEG-1 30% mais rápido com MMX, segundo a PC Magazine.

Década de 2000: A Revolução de 64 Bits

A virada do milênio trouxe a necessidade de mais memória. Em 2003, a AMD lançou a arquitetura AMD64, ou x86-64, com 105.9 milhões de transistores, clock de 2-2.4 GHz, consumo de 89 W e suporte a 16 exabytes. O Athlon 64 superava o Intel Pentium 4 (55 milhões de transistores, 2.8 GHz, 82 W) em 15% no SPECint2000. A Intel adotou a AMD64 como Intel 64, lançando o Core 2 Duo (2006, 291 milhões de transistores, 1.86-3 GHz, 65 W), que consumia 30% menos que o Pentium D (125 W).

Athlon 64, o primeiro processador 64 bits!

A Transmeta tentou inovar com o Crusoe (2000, 25 MHz, 1 W), um chip x86 de baixo consumo para laptops, mas alcançou apenas 1% do mercado. A VIA lançou o C7 (2005, 60 MHz, 5 W), mas Intel e AMD dominaram, com 95% do mercado de CPUs x86 em 2005, segundo a Statista.

Década de 2010: Multicore e a Renascença da AMD

Na década de 2010, a Intel liderou com as linhas Core i3, i5 e i7. O Core i7-2600K (2011, 1.16 bilhão de transistores, 3.4-3.8 GHz, 95 W) oferecia 4 núcleos, 8 threads e 124.000 pontos no Cinebench R10. A AMD, após dificuldades com a arquitetura Bulldozer, lançou a Zen (2017). O Ryzen 7 1800X (2017, 4.8 bilhões de transistores, 3.6-4 GHz, 95 W) rivalizava com o Core i7-6900K (140 W) por $500 contra $1.000.

Atualidade (2020-2025)

Hoje, o x86-64 é usado em 90% dos PCs e servidores. O Intel Core i9-13900K (2022, 2.6 bilhões de transistores, 3-5.8 GHz, 125 W TDP, pico de 253 W) e o AMD Ryzen 9 7950X3D (2022, 13.1 bilhões de transistores, 4.2-5.7 GHz, 120 W TDP, pico de 230 W) oferecem 24 núcleos e 38.000 pontos no Cinebench R23. O i9-13900K custa $600, enquanto o Ryzen 9 é $700. Em 2024, Intel e AMD formaram o Grupo Consultivo do Ecossistema x86 para padronizar instruções contra o ARM.

AMD Ryzen 9 7950 X3D

Características do x86/64

A arquitetura x86-64 é a espinha dorsal de PCs, servidores e workstations, com características que refletem sua herança CISC:

• Conjunto de Instruções: Mais de 1.500 instruções, incluindo AVX-512 (512 bits) e SSE4.

• Multicore: Até 24 núcleos e 48 threads (e.g., Ryzen 9 7950X3D).

• Memória: Endereça 16 exabytes, com DDR5 (5.200 MHz).

• Frequência: 3-5.8 GHz.

• Consumo: 80-250 W em desktops, 15-65 W em laptops.

• Transistores: 2-13 bilhões por chip.

Pontos Fortes

O x86-64 é imbatível em desempenho bruto. Em jogos, o Ryzen 9 7950X3D atinge 200 FPS em Cyberpunk 2077 (1440p, ultra), consumindo 90 W, com latência de 10 ms. Para produtividade, renderiza vídeos 4K no Adobe Premiere em 10 minutos (150 W). Em IA, o AVX-512 oferece 1.2 TFLOPS em FP32, ideal para treinamento. A retrocompatibilidade permite rodar softwares de 1980, como Lotus 1-2-3, sem emulação. No uso diário, multitarefa é fluida, com consumo de 30-50 W.

Limitações

O alto consumo de energia – 80-250 W em desktops, 15-65 W em laptops – reduz a duração da bateria (8-10 horas em laptops vs. 15-20 horas em ARM). O calor (80-100°C em carga) exige resfriamento avançado (e.g., AIO de 360 mm para 250 W). O custo é elevado: o i9-13900K custa $600, contra $200 do Apple M2. O design complexo, com até 13 bilhões de transistores, aumenta o tamanho (257 mm² no i9-13900K) e os custos de fabricação.

A História do ARM: Eficiência e Versatilidade

Origens na Década de 1980

A arquitetura ARM (Acorn RISC Machine) nasceu em 1983, quando a Acorn Computers buscava um processador eficiente para seus computadores pessoais. Inspirado pelo projeto RISC de Berkeley, o ARM1 (1985) tinha 44.500 transistores, clock de 6 MHz, consumo de 0.1 W e 3 MIPS. Ele foi usado no Acorn Archimedes (1987), que consumia 10 W, contra 30 W de PCs x86. O ARM2 (1986, 30.000 transistores, 8 MHz, 0.15 W) adicionou multiplicação em hardware, alcançando 4 MIPS. A eficiência energética do ARM era revolucionária: enquanto o Intel 80386 consumia 4.5 W, o ARM2 usava 3% disso.

ARM 1 no Micro BBC

Década de 1990: Domínio dos Dispositivos Embarcados

Em 1990, a Acorn, Apple e VLSI Technology fundaram a ARM Ltd., que licenciou a arquitetura. O ARM6 (1992, 35.000 transistores, 12 MHz, 0.2 W) alimentou o Apple Newton, consumindo 0.5 W. A arquitetura ARMv4 (1993) introduziu o modo Thumb, reduzindo instruções para 16 bits e aumentando a densidade de código em 30%. O ARM7TDMI (1994, 0.1 W, 33 MHz, 7 MIPS) dominou celulares Nokia e consoles como o Game Boy Advance, com 70% do mercado de dispositivos embarcados em 1999, segundo a ARM.

Apple Newton com o ARM6

Nokia 6110, o primeiro celular

GSM com ARM

Década de 2000: A Revolução Móvel

Os anos 2000 consolidaram o ARM em dispositivos móveis. A família Cortex (2005) trouxe o Cortex-A8 (0.5 W, 600 MHz-1 GHz, 2 DMIPS/MHz), usado no iPhone 3GS. O Cortex-A9 (2007, 0.8 W, 1-2 GHz) introduziu multicore, alimentando o iPad. A tecnologia big.LITTLE (2011) combinava núcleos de alta performance (Cortex-A15, 1.5 W, 2.5 GHz) e eficiência (Cortex-A7, 0.3 W, 1.2 GHz), reduzindo o consumo em 50%. O Qualcomm Snapdragon S4 (2012, 1.5 GHz, 1 W) usava Cortex-A9, dominando 40% do mercado de smartphones.

Cortex A8 - o cérebro do iPhone 3GS

Década de 2010: Diversificação e Chips Móveis

A arquitetura ARMv8-A (2011) trouxe 64 bits, pavimentando o caminho para aplicações mais exigentes. Aqui, destacamos as diferenças entre os principais chips móveis:

• Qualcomm Snapdragon: A Qualcomm personaliza núcleos Cortex para seus chips Snapdragon. O Snapdragon 820 (2016, 2.2 GHz, 2 W) usava núcleos Kryo baseados em Cortex-A72, alcançando 2.5 DMIPS/MHz. O Snapdragon 8 Gen 3 (2023, 4.3 GHz, 4 W) usa Cortex-X4 e A720, com 8 núcleos e 12 GIPS. Ele consome 4 W em jogos, atingindo 60 FPS em Genshin Impact (1080p), e tem 45% do mercado Android, segundo a Counterpoint Research (2023). A força do Snapdragon está na integração com modems 5G e GPUs Adreno, otimizadas para jogos.

• Apple A-series: A Apple projeta núcleos personalizados, como o Cyclone no A7 (2013, 1 W, 1.3 GHz, 1 bilhão de transistores), usado no iPhone 5S. O A12 Bionic (2018, 6.9 bilhões de transistores, 2.5 GHz, 3 W) oferecia 10 TOPS para IA, superando o Snapdragon 845 (8 TOPS) em 20% no AnTuTu. O A16 Bionic (2022, 16 bilhões de transistores, 3.46 GHz, 4 W) atinge 1.9 milhões de pontos no AnTuTu, 15% acima do Snapdragon 8 Gen 2. A Apple foca em integração com iOS, oferecendo eficiência energética (2-4 W em uso leve) e desempenho em tarefas como edição de vídeo.

A diferença chave é a abordagem: a Qualcomm licencia núcleos Cortex e adiciona GPUs/modems, enquanto a Apple cria arquiteturas do zero, otimizadas para seu ecossistema. O Snapdragon é versátil, usado em 1.5 bilhão de dispositivos Android anualmente, enquanto o A-series é exclusivo, mas 30% mais eficiente em benchmarks como Geekbench.

Atualidade (2020-2025): ARM para Desktops e Servidores

O ARM expandiu para desktops e servidores, liderado pela Apple e outros:

• Apple M-series: O Apple M1 (2020, 16 bilhões de transistores, 3.2 GHz, 15 W TDP, pico de 20 W) revolucionou laptops, superando o Intel Core i5-10600K (125 W) no Geekbench 5 (1.700 vs. 1.400 pontos single-core). O M2 (2022, 20 bilhões de transistores, 3.5 GHz, 20 W) alimenta Macs e iPads, com 15.8 TOPS para IA. O M2 Ultra (24 núcleos, 134 bilhões de transistores) renderiza vídeos 4K em 13 minutos (20 W), contra 10 minutos do i9-13900K (150 W). A Apple detém 10% do mercado de laptops ARM, segundo a IDC (2024).

• AWS Graviton e Outros: Servidores usam núcleos Neoverse N1 (0.5 W, 3 GHz). O AWS Graviton3 (55 W, 64 núcleos) oferece 25% mais desempenho por watt que o Intel Xeon (150 W), segundo a Amazon. Outros exemplos incluem o NVIDIA Grace (72 núcleos, 300 W) para supercomputação.

Apple M1 - um divisor de águas do ARM

Características do ARM

O ARM é sinônimo de eficiência e escalabilidade:

• Conjunto de Instruções: Cerca de 200 instruções, com SVE2 para IA.

• Multicore: Até 12 núcleos em laptops (M2 Ultra), 128 em servidores (Graviton3).

• Memória: Endereça 128 GB, com LPDDR5 (6.400 MHz).

• Frequência: 1.5-4.3 GHz.

• Consumo: 0.3-4 W em smartphones, 15-25 W em laptops, 55 W em servidores.

• Transistores: 6-20 bilhões por chip.

Pontos Fortes

O ARM lidera em eficiência energética. O Snapdragon 8 Gen 3 consome 4 W em jogos, atingindo 60 FPS em Genshin Impact, contra 80 W do i9-13900K. O M2 processa planilhas Excel (1 milhão de linhas) em 2.5 segundos com 5 W. Em IA, os 16 núcleos neurais do M2 oferecem 15.8 TOPS para inferência (10 W). Laptops ARM, como o MacBook Air M2, têm 20 horas de bateria, contra 8-10 horas de laptops x86.

Limitações

A compatibilidade é um obstáculo: softwares x86 exigem emulação (Rosetta 2 reduz desempenho em 20-30%). Em renderização no Blender, o M2 leva 15 minutos, contra 10 minutos do Ryzen 9 (150 W). A disponibilidade é limitada a dispositivos específicos, e o custo de desenvolvimento de chips personalizados ($1 bilhão para o Apple Silicon) restringe adoção.

Comparação em Aplicações

Jogos

O x86-64 é líder em desempenho. O Ryzen 9 7950X3D atinge 200-300 FPS em jogos AAA (1440p, ultra), consumindo 90 W, com latência de 10 ms. O M2 Ultra alcança 60-140 FPS em jogos otimizados, com 20 W, mas jogos não otimizados caem 20-30% via emulação.

Produtividade

O x86-64 é mais rápido em tarefas intensivas: o i9-13900K renderiza vídeos 4K no Premiere em 10 minutos (150 W), contra 13 minutos do M2 (20 W). Em planilhas, ambos processam 1 milhão de linhas em ~2 segundos, mas o M2 usa 5 W contra 50 W.

Inteligência Artificial

O x86-64 é ideal para treinamento, com 1.2 TFLOPS (AVX-512) no i9-13900K (200 W). O ARM brilha em inferência, com 15.8 TOPS no M2 (10 W), perfeito para reconhecimento de imagem.

Uso Cotidiano

O ARM é imbatível em eficiência: streaming e navegação consomem 1-5 W, com 20 horas de bateria. O x86-64 usa 30-50 W, com 8-10 horas de bateria.

Conclusão

A escolha entre x86/64 e ARM reflete prioridades. O x86-64, liderado por Intel, AMD e ex-jogadores como Cyrix, domina em desempenho bruto, mas consome 80-250 W e gera calor. O ARM, com Snapdragon, Apple Silicon e outros, lidera em eficiência (0.3-25 W), mas enfrenta desafios de compatibilidade. À medida que o ARM avança em desktops e servidores, e o x86-64 busca eficiência (e.g., Intel Lunar Lake, 15 W), a competição promete um futuro de inovações.

Por hoje é isso, pessoal!

Espero que gostem!

Perseverança

Pessoal,

Pois bem, há alguns dias NASA pousou seu enésimo robô em Marte.

Já falei aqui sobre as missões espaciais tripuladas americanas (sim, as americanas foram as mais bem sucedidas) e falei aqui e aqui sobre as missões espaciais robóticas (também só falei das americanas, ficou devendo algumas soviéticas que foram bem sucedidas).

Como falei lá atrás, existem basicamente 6 tipos de sondas utilizadas pelas agências espaciais:

    -Sobrevoo (flyby): sonda passa próxima a um astro e o analisa com seus instrumentos;

    -Orbitador: sonda entra em órbita de um astro, passando a funcionar como um satélite artificial do mesmo;

    -Impacto: sonda colide com um astro, fazendo análises durante a aproximação ou colisão a ele;

    -Aterrissador (lander): sonda pousa num astro analisando-o in loco, muitas vezes levando consigo uma sonda veicular;

    -Veicular (rover): sonda com capacidade de locomoção para analisar uma área maior de um astro;

    -Observatório: sonda com capacidade de analisar várias faixas do espectro eletromagnético, efetuando observações astronômicas, geofísicas e espectrais, sem as distorções provocadas pela atmosfera terrestre.

Neste post, quando refiro aos robôs quero dizer rovers e não os landers.

Dito isso, vamos em frente.

Ná década de 1960 começou a exploração a Marte.

Os soviéticos lançaram várias sondas. Algumas tiveram sucesso parcial (orbitador ou flyby), mas não tiveram sucesso com seus landers (rovers ainda eram ficção científica). O programa MARS 1M (ou "Marsnik") falhou na decolagem ou ao entrar na órbita estacionária na Terra (Mars 1960A, 1960B, 1962A, 1962B). Depois, ainda na década de 1960, vieram as sondas do programa Mars 1 e do programa Zond, todas também sem sucesso.

Só nos anos 1970 que os soviéticos conseguiram. No programa M71, a sonda Cosmos 419 foi perdida na decolagem, mas as sondas Mars 2 e 3 chegaram - a Mars 2, em 1971, teve um problema em um computador e espatifou em Marte, sendo o primeiro objeto humano a tocar na superfície de Marte... Lembrou aqueles gols que o cara parece querer cruzar e erra o chute, acertando o gol meio sem querer (#Josimar86Feelings). Depois lançaram as Mars 4 e 5 (orbitares) e Mars 6 e 7 (flyby - lander) com sucesso relativo (os landers falharam). Ainda tentaram com as sondas Phobos, na década de 1980 (Phobos 1, para investigar a lua Phobos, e a Phobos 2, para investigar Phobos e Deimos). Não deu muito certo também.

Já os americanos tiveram mais sorte (sorte?). As sondas Ranger 1 a 9 (1961-1965) tinham com objetivo a Lua e o sucesso foi variado (só deu certo a partir da 7). As Mariner 1 e 2, em 1962, e a Mariner 5, em 1967, foram para Vênus (na verdade só as Mariner 2 e 5, porque a 1 falhou no lançamento). As Mariner 3 e 4, em 1964, foram para Marte (mais uma vez, apenas a 4, porque a 3 teve um probleminha e não conseguiu se separar do foguete). As Mariner 6 e 7 (em 1969) também foram para Marte, assim como a Mariner 9 (em 1971, o primeiro objeto humano a orbitar um corpo celeste que não fosse a Terra ou a Lua!). A Mariner 8 morreu na decolagem e a Mariner 10 (1973) foi para Vênus e Mercúrio.

As sondas do programa Surveyour (1964-1968) tiveram o objetivo de pousar na Lua como parte da preparação para o programa Apollo. Foram 7 sondas e, exceto pela 2 e 4 (chegaram na Lua, mas o pouso não foi "delicado", digamos assim), todas foram bem sucedidas. Aqui um detalhe: a Surveyor 3 foi visitada pelos astronautas da Apollo 12, Charles Conrad e Alan Bean.

Eu acho essa foto uma coisa simplesmente impressionante! O fato em si é MUITO impressionante: sair da Terra, voar por 3 dias por 300.000Km e pousar na Lua a 200 metros de onde estava um lander que havia chegado anos antes. Isso na década de 60! Fantástico!

Em 1975 foram lançados duas sondas pelo programa Viking (a Viking 1 e 2), ambas com uma parte obitador e uma lander. Ambas foram bem sucedidas e forneceram, dentre vários dados científicos, a primeira foto com boa qualidade da superfície de Marte e a foto mais famosa do planeta vermelho.

(Sim, o papel de parede que veio no seu iPhone 6 é uma foto tirada por uma Viking da década de 1970!)

Já as sondas Mariner 11 e 12 foram incorporadas por outro programa, o Voyager. Esse ainda vai ter um post especial (já é a 3a ou 4a vez que prometo isso mas juro que vai sair).

Bom, Marte sempre se mostrou um planeta difícil para pouso. Ao contrário de Vênus que tem uma atmosfera super pressurizada (quase 100 vezes mais pressão que a da Terra) e que freia tudo (e implode também), Marte tem uma atmosfera mais fina e rarefeita (apenas 1% da atmosfera terrestre) e tem menos massa, ou seja, menos gravidade. Assim, após fazer um objeto chegar lá a vários milhares de quilômetros por hora, freiar isso na atmosfera rarefeita é um problema. E isso torna tudo a coisa bem interessante.

Os EUA até o momento foram os únicos a conseguirem pousar em Marte. Viking 1 e 2 em 1976, robôs depois disso.

Em 1997 pousaram a Mars Pathfinder (em Chryse Planitia, na região de Ares Vallis), que tinha o primeiro robô: Sojouner.

("Muito prazer, eu sou o Sojourney!")

Esse robozinho de 10kg rodou perto de seu lander por 83 sóis (85 dias). Veja mais aqui.

Em 2004 pousaram mais dois outros: Spirit e Opportunity. Esses dois robôs gêmeos pousaram em locais distintos: Spirit na cratera Gusev, onde viu claros indícios que houve regiões úmidas favoráreis à vida em Marte; Opportunity pousou no pólo norte de Marte, em Meridiani Planum, num lugar que acreditam ter sido a costa de um mar salgado em Marte.

("Muito prazer, eu sou o Spirit! Mas se você me chamar por Opportunity, eu também respondo!")

Os gêmeos pesavam 185kg. Spirit trabalhou até 2010 quando ficou preso em um banco de areia em uma posição que impedia o recarregamento de suas baterias solares. Percorreu quase 8km, 12x mais que o planejado; trabalhou por mais de 6 anos mesmo sendo previsto apenas 3 meses. Veja mais sobre o Spirit aqui!

Duas coisas legais que o Spirit gravou: um redemoinho de poeira e o por do Sol visto de outro planeta!

Seu irmão Opportunity trabalhou por mais de 15 anos (era previsto 3 meses também\), viajou por mais de 45km e só morreu quando uma tempestade de areia global em 2018 impediu que o rover recarregasse suas baterias por falta de energia solar suficiente. Veja mais aqui.

(Opportunity mostrando o escurecimento do dia marciano com a chegada da tempestade de areia)

Em 2012 chegou o Curiosity na cratera Gale. Este rover é significativamente maior que seus antecessores, pesando quase 900kg. Mais informações aqui.

(Spirit/Opportunity à esquerda, Sojourner ao cento e Curiosity à direita)

(Tamanho dos rovers comparados aos humanos)

Ao contrário dos rovers anteriores que dependiam de energia solar, o Curiosity é suprido por um pequeno reator nuclear que utiliza decaimento radioativo de 4,8kg de Plutônio-232, um isótopo que não consegue manter uma reação cadeia de fissão nuclear.

O Curiosity já percorreu quase 25km e está na ativa há quase 10 anos.

Aqui, o Curiosity mostra que o por do Sol em Marte é meio azulado (devido à atmosfera cheia de areia, que capta melhor o azul que outras cores).

Falei disso em 2017: apenas na Terra e Marte conseguimos ver um por do Sol. Nenhum outro planeta do Sistema Solar permite isso. Entre as luas, talvez apenas Titã, lua de Saturno, que tem atmosfera (de metano).

Curiosity inaugurou o novo modo de pousar em Marte da NASA. A sonda se aproxima, entra na atmosfera protegida por um escudo térmico, abre paraquedas em velocidade supersônica, utiliza um lander que desce até certa altura e desce o rover por um guindaste. Essas manobras foram apelidadas pela NASA de "7 minutos de terror", o tempo para o pouso em Marte. Ainda, devido à distancia de Marte a comunicação entre os dois planetas pode ter cerca de 8 minutos de atraso. Ou seja, quando chegasse aqui na Terra a informação que a sonda ainda estava a um minuto de entrar na atmosfera, ela, de fato, já estaria no solo de Marte, de um jeito (pousou) ou de outro (espatifou).

Como a Terra e Marte estão em órbitas diferentes em torno do Sol, a Terra leva 1 ano para completar uma órbita e Marte leva 1,9 anos (anos terrestres!). Lançar um objeto para Marte é como arremessar um objeto em um alvo em movimento. Assim, para transferir alguma coisa da órbita terrestre para a marciana com o menor consumo de combustível, é necessário esperar um certo alinhamento dos planetas, o que ocorre a cada 780 dias.

(Janelas de lançamento para Marte)

Essas distâncias estão em milhões de quilômetros. Dez milhões de Km são 0,55 minutos-luz. Isso quer dizer que alguma coisa viajando na velocidade da luz demora 0,55 minutos (pouco mais de 30 segundos) para percorrer 10 milhões de quilômetros. Assim, a distância varia de algo entre 80 milhões de km (4,5 minutos luz) a 400 milhões de dm (22 minutos luz).

(Trajetória da InSight)

(Vídeo da AFP que mostra como foi esperado o pouso do Curiosity)

Bom, agora em 2021 chegou em Marte o Perseverance.

O Perseverance foi baseado no Curiosity para contenção de custos. Pousou em Marte como o Curiosity e também tem um gerador de energia termelétrico baseado em decaimento de isótopo radioativo do Plutônio-238 como o Curiosity. É o rover com planejamento para durar mais tempo: pelo menos 668 sóis (687 dias terrestres). Veja mais informações aqui.

Só um adendo: o dia marciano dura 40 minutos a mais que o dia terrestre, por isso usam "sóis" como referência ao dia marciano (e por isso, a longo prazo, um número de sóis marcianos vai ser menor que o número de "sóis" terrestres).

Perserverance pousou na Cratera Jezero e está levando um nini-helicóptero (Ingenuity) para provar que é possível voar de modo diverso de jato em Marte (lembrem-se que é muito mais difícil voar lá, porque, apesar de ter gravidade menor, a atmosfera é muito rarefeita).

Este rover está levando o "álbum de fotografias" da família:

Ela também levou uma homenagem aos profissionais da saúde que estão atuando na pandemia pelo COVID-19. Uma homenagem bem legal!

Esse símbolo aí é "Bastão de Asclépio", símbolo da Medicina. Isso vem da mitologia grega, onde Asclépio, semideus, filho de Apolo, foi criado pelo centauro Quiron. Quiron teria ensinado a Asclépio a serventia das plantas medicinais. Asclépio teria se tornado médico e ressuscitado Hipólito e se tornado, assim, deus da Medicina.

Algumas coisas interessantes sobre o Perseverance e o Curiosity. Ambos têm dois computadores on-board, com memórias e processadores resistentes a radiação. Utilizam um RAD750, baseado no PowerPC 750 da IBM/Motorola, 32 bits, da 3a geração (PowerPC G3), de 1997 (o RAD750 é de 2001). Esse processador é contemporâneo do Pentium II mas é menor e gasta menos energia. Foi utilizado em alguns computadores da Apple, inclusive no iMac original (aquele com "sabores").

Esse RAD750 tem clock de 200MHz, um core, cache de 32KB, litografia de pré-históricos 150nm, 10 milhões de transístores, trabalha com temperaturas entre -55 e 125 °C, requer apenas 5W para funcionar (a placa mãe com o processador requer 10W apenas) e suportam mais de 100.000 rads (o processador suporta até 1.000.000 rads). Mil rads matam um pessoa...

Vários objetos fora da Terra utilizam esse processador: Curiosity e Perseverance, sonda Deep Impact, Telescópio espacial Fermi e Kepler, Sonda Juno, dentre outras.

("Olá, muito prazer! Eu sou o RAD750!")

Esse brinquedo aí custa singelos US$284,000.00 dólares! Cada!

Enquanto o Curiosity tem dois computadores principais com RAD750, 250KB de EEPROM, 256MB de memória RAM e 2GB de memoria flash, os do Perseverance têm 128MB de RAM rodando a 133MHz e acessa 4GB de memória não volátil.

Além disso, ambos possuem mais outros dois computadores: um com processador SPARC para controlar os motores e a propulsão do estágio de descida, ao chegar em Marte, e outro, também SPARC, que controla parte da movimentação e caixa do motor. Esses SPARCs, assim como os RAD750s, também são RISC (Reduced Instruction Set Computing). Vou fazer um outro post sobre RISC (e CISC) depois.

Ambos os rovers rodam um sistema operacional chamado VxWorks, do tipo RTOS (Real Time Operating System), muito utilizado em robótica, industria aeroespacial e médica, etc. É utilizado nos veículos que utilizam o RAD750, em aviões não tripulados, no Boeing 787, nos BMW iDrive, em diversos equipamentos da Toshiba, Bosch e Hyundai, em alguns roteadores Linksys, impressoras, em robôs cirúrgicos, equipamentos de radioterapia, etc. Esse SO foi escrito em C. Veja mais aqui e aqui.

Outra coisa legal foi que a sonda filmou sua chegada em Marte. Veja:

Não tenho palavras para descrever esse vídeo de tão legal que ele é!

Quando o paraquedas foi aberto, muitas pessoas viram um padrão estranho:

Claro, isso não estava aí à toa! Cada anel concêntrico representa uma palavra codificada em bits (vermelho é 1 e branco é 0). Cada 8 bits forma um byte que, somado com 64, dá um código ASCII para uma letra. Além disso também colocaram números representando a geolocalização do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL/NASA).

Essa frase é um "mantra" da própria NASA: "Dare Might Things", algo como "Ouse coisas poderosas". Essa frase é tirada de um discurso do presidente Theodore Roosevelt, de 1899"

“Far better it is to dare mighty things, to win glorious triumphs, even though checkered by failure, than to take rank with those poor spirits who neither enjoy much nor suffer much, because they live in the gray twilight that knows not victory nor defeat.”

Traduzindo, é algo como: "Muito melhor é ousar coisas poderosas, conquistar triunfos gloriosos, ainda que oprimidos pelo fracasso, do que se colocar ao lado daqueles pobres espíritos que não gozam muito nem sofrem muito, porque vivem no crepúsculo cinzento que não conhece vitória nem derrota."

Em 2013 a NASA já havia utilizado essa frase em um trailer sobre o pouso do Curiosity (veja aqui). Agora foram mais além!

Por último, um mapa que mostra as missões em Marte:

E é assim que a banda toca!

Enquanto os EUA colocam seu quinto robô para andar e explorar Marte, a gente aqui vai discutindo o BBB e tatuagem no cu da Anita. Estamos onde estamos com muito esforço e muito mérito! Não é fácil ser essa pocilga! Parabéns aos envolvidos!

E agora, com ajuda do STF, soltamos um bandido e vamos conduzir-lo à presidência da república de bananas. "E à beira do precipício, o Brasil tomou uma importante decisão e deu um passo à frente!"

Perseverança.

Tudo que nos resta é isso: perseverar. E não perder a esperança.

Por hoje é isso.