O novo Mac Pro é uma obra-prima de engenharia mecânica

Quando interagimos com um computador, usamos softwares, alguns ótimos e
outros nem tanto que melhoram a nossa vida, ajudando-nos em tarefas
reais, ou mesmo por mero entretenimento. O hardware muitas vezes fica
completamente invisível, e nem é notado pela maioria das pessoas.
Pessoas normais estão se lixando para o novo chip do iPhone, só querem
saber quais apps vão poder instalar.

Um programa de computador, escrito por alguém, na verdade apenas passa
instruções aos componentes físicos. “Calcule essa quantidade”, “exiba
esse pixel nessa posição” etc. É preciso algo em que executar esses
programas. Repito: um app é uma interface entre nós e o hardware.

Os componentes elétricos e eletrônicos são portanto o coração de um
computador, e devemos os avanços a grandes engenheiros eletricistas e
eletrônicos. Porém, ninguém quer comprar uma placa com um monte de fios
soldados. É preciso uma estrutura física na qual as placas, discos e
chips são montados, e que tenha de preferência um aspecto agradável. É
aí que entra a engenharia mecânica.

O leitor talvez não saiba, mas eu tenho um diploma de engenharia
mecânica, embora não faça nem dois anos desde que me formei. Estou
fazendo mestrado e ainda não trabalhei em uma indústria, e portanto me
recuso a me considerar um engenheiro. Ainda assim, acho que já posso
apreciar um belo trabalho de engenharia e tentar espalhar o
reconhecimento da nossa profissão.

O novo Mac Pro é espetacular. Eu nunca vou comprá-lo, porque não é o
tipo de computador de que eu preciso. O Pro é direcionado a trabalhos
pesados computacionalmente (edição de música, vídeo e imagens, ou
cálculos bastante complexos) e tem seu nome justificado tanto nas
especificações quanto no seu preço. E é uma obra-prima de engenharia
mecânica por dois motivos principais.

Design e implementação

Você não contrataria um engenheiro civil para desenhar sua casa e nem um
arquiteto para supervisionar a construção. São duas tarefas distintas.
Um arquiteto cria espaços nos quais vivemos, estuda a melhor
configuração de salas e móveis, otimiza a iluminação e o conforto
térmico. Não é fácil.

Um engenheiro implementa o projeto de um arquiteto. OK, cada
apartamento vai ter 2 quartos, mas como sustentar o seu peso? Quão
grandes tem de ser as vigas? Naturalmente, o arquiteto tem noções disso
e um engenheiro tem noções de arquitetura, e idealmente há uma interação
entre esses tipos de profissionais, mas cada um fica responsável
primariamente pela sua área.

Em escala muito menor, é o que acontece com os produtos físicos que
compramos. A muito talentosa equipe de designers da Apple projetou o Mac
Pro, mas como fabricá-lo? Que processos usar? Como garantir a forma
cilíndrica? O material proposto pode ser trabalhado dessa maneira?

Uma das grandes áreas da engenharia mecânica é o estudo da fabricação, e
embora nunca tenha sido a minha área preferida, esse vídeo,
mostrando a criação desse computador, é simplesmente sensacional.
Recomendo a todos os engenheiros mecânicos que assistam, e aconselho às
outras pessoas que também o façam, para apreciar a importância dessa
profissão.

Repare na sequência de operações, no movimento dos braços mecânicos, na
escolha da forma de pintura. Não se trata apenas de materializar um
desenho. É preciso assegurar os detalhes: que o produto não quebre, que
o processo não produza lascas perigosas no produto final, que ele
suporte determinadas cargas, que ao aquecer o computador não vai se
expandir demais etc.

Construir o novo Mac Pro é um trabalho de engenharia.

O grande gargalo para os processadores

Você deve ter notado que o seu laptop esquenta no seu colo,
principalmente depois de usar certos programas. É simples, corrente
elétrica está passando pelos circuitos e gerando calor com isso. Remover
calor é que é o problema. Um computador superaquecido pode simplesmente
parar de funcionar e é perigoso para o usuário.

Está se tornando um consenso entre pesquisadores que o grande gargalo
para a melhoria dos processadores é a refrigeração. Temos tecnologia o
suficiente para produzir chips mais rápidos, mas ainda não temos
tecnologia o suficiente para resfriá-los.

Falando de maneira bem básica, a taxa de remoção de calor depende de
três fatores:

  • a diferença de temperatura entre o sistema que você quer resfriar e
    um segundo sistema, mais frio, para absorver esse calor
  • a área de contato entre o sistema quente e o sistema frio
  • o mecanismo de transferência entre o sistema quente e o sistema
    frio. Aqui entram muitos outros fatores, mas um exemplo prático: ar
    a alta velocidade retira calor mais depressa que ar parado, à mesma
    temperatura (por isso o seu computador tem um ventilador dentro
    dele).

As temperaturas de trabalho são fixas: você tem um computador, que não
pode ter a sua temperatura acima de um limite, e o ar, que está à
temperatura ambiente.

A área disponível em um computador é pequena, e não interessa a ninguém
ter um ventilador gigante dentro de um laptop. Esse é o gargalo.
Resfriar um sistema pequeno, sem recorrer a dispositivos exagerados
(como uma micro-geladeira dentro de um computador), é um magnífico
trabalho de engenharia mecânica.

A melhor solução possível é usar a geometria de forma inteligente. Pense
numa serpentina: ao dobrarmos um tubo, mantemos a mesma área de contato
com o ar e ainda ocupamos bem menos espaço. Pensando de maneira inversa:
num espaço fixo, podemos acomodar bem mais área.

O novo Mac Pro faz isso. A sua geometria interna, circular dividida em
segmentos e afunilando no topo, permite acomodar muitos componentes de maneira
inteligente (novamente, mantendo o máximo de contato) e faz o ar escoar
uniformemente, aumentando a troca de calor. Os engenheiros na prática
criaram um sistema de canais nos quais o ar escoa. É muito diferente de
um ventilador sobre uma placa (como no caso de desktops) e bem mais
inteligente que simplesmente acomodar os componentes na parede de um
tubo (todo o interior do tubo seria desperdiçado).

Não é trivial, não é fácil de fabricar, e provavelmente foram
necessários muitos projetos até chegar a uma versão que tenha um um
custo relativamente baixo e que retire calor suficiente.

Quando eu crescer, quero trabalhar num projeto assim.

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