Pentium como tecelagem navajo
(righto.com)- A tecelagem tradicional navajo transforma uma imagem do die do Intel Pentium em obra de arte, tornando-se um caso raro em que o layout de semicondutores encontra a abstração têxtil
- Em 1994, Marilou Schultz criou Replica of a Chip com materiais e técnicas tradicionais, e a Intel encomendou a obra como presente para a AISES
- A obra não é apenas decorativa: ela reflete com precisão a estrutura do die a ponto de permitir identificar unidades de execução do Pentium, cache, interface de barramento e até a multiprocessor logic
- As instalações da Intel no Novo México e a fábrica da Fairchild em Shiprock mostram a relação complexa de economia, cultura e trabalho entre a indústria de semicondutores e a comunidade navajo
- O contraste entre o Fairchild 9040 e o Pentium revela de forma intuitiva a mudança de escala dos circuitos integrados, de 16 transistores para 3,3 milhões de transistores
A obra que transformou o die do Pentium em tecelagem
- Replica of a Chip, obra de 1994 de Marilou Schultz, é uma tecelagem navajo baseada na imagem de um chip Intel Pentium
- Foi encomendada pela Intel como presente para a AISES
- A obra integrou a exposição Woven Histories: Textiles and Modern Abstraction, sobre o ponto de encontro entre arte abstrata e têxteis
- Schultz é tecelã navajo/Diné e professora de matemática; aprendeu desde a infância a preparar lã, fiar e tecer em uma família com quatro gerações de tecelãs
- O tecido do Pentium foi produzido com base em uma foto do die
- Cada lado do die foi dividido em 64 seções para transferir o padrão
- Foi usada a técnica de raised outline para dar relevo às bordas
- Foram usados corantes vegetais tradicionais, e as áreas em tom creme são a cor natural da lã Navajo-Churro
- O fio é um pouco mais fino que um fio comum de tricô, e o tecido avançava de 1 a 1,5 polegada por dia de trabalho
- Diferentemente de tapetes tradicionais, o Pentium tem uma estrutura pouco simétrica, o que o torna um motivo interessante para tecelagem
O lado exibido e a orientação real do die
- A tecelagem do Pentium reproduz com bastante precisão os mais de 3 milhões de transistores e as estruturas de superfície presentes no die de silício, do tamanho de uma unha
- Comparada ao die real do Pentium, a peça exibida parece estar espelhada
- Schultz explicou que teceu de acordo com a fotografia
- Na tecelagem navajo, frente e verso não são rigidamente definidos, e os dois lados têm aparência semelhante; por isso, a galeria exibiu um lado arbitrariamente
- Como resultado, a imagem mostrada ficou invertida em relação ao die físico
- Nas comparações posteriores, a imagem da tecelagem foi invertida para corresponder ao die físico
A estrutura do Pentium legível no tecido
- A tecelagem do Pentium preserva detalhes suficientes para que seja possível identificar blocos funcionais do chip real
- No centro, as integer execution units são o núcleo do processador, responsável por operações inteiras e várias outras funções
- Como o Pentium é um processador de 32 bits, as unidades de execução inteiras aparecem como retângulos verticais de 32 bits de largura
- As faixas horizontais correspondem a tipos de circuito como somadores, multiplicadores, shifters e registradores
- À direita, a floating point unit processa números de ponto flutuante, com parte fracionária
- É usada em cálculos de aplicações como planilhas e desenhos CAD
- Como números de ponto flutuante usam mais bits, as faixas são mais largas
- A região superior mostra o fluxo de processamento de instruções
- O instruction fetch busca as instruções de máquina que compõem o software
- O instruction decode analisa cada instrução e determina a operação a executar
- Instruções complexas do estilo Intel são divididas em etapas menores por circuitos de complex instruction support, e essas etapas ficam armazenadas em uma microcode ROM
- A branch prediction logic melhora o desempenho em instruções de desvio
- Os caches de código e de dados são mecanismos essenciais para reduzir o tempo que o processador perde esperando a RAM, mais lenta
- Cache é uma memória pequena e rápida que guarda bytes com alta chance de serem necessários em seguida
- O Pentium tem cache de código de 8 KB e cache de dados de 8 KB
- Processadores modernos usam vários níveis de cache, com centenas de KB no mais rápido e MB nos mais lentos
- Como a memória cache é uma matriz estruturada, ela aparece no tecido como retângulos rosas uniformes
- O TLB auxilia o cache
- A bus interface logic conecta o processador ao barramento do computador, permitindo acesso à memória e periféricos
- Os bond pads na borda do chip físico são abstraídos no tecido como pequenos retângulos pretos
Indícios de que se trata de um Pentium P54C
- A tecelagem é precisa o bastante para representar uma variante específica do Pentium, o P54C
- O Pentium inicial, o P5, não era tão rápido quanto o esperado e também esquentava bastante
- A Intel aprimorou o processo de fabricação no P54C
- Reduziu o tamanho das features de 800 nm para 600 nm
- Baixou a tensão de operação de 5 V para 3,3 V
- Modificou o chip para interromper o sinal de clock quando partes dele estivessem ociosas, economizando energia
- Esse circuito corresponde à área de clock driver na parte superior da tecelagem
- A Intel adicionou 200 mil transistores para incluir a multiprocessor logic, facilitando o funcionamento conjunto de dois processadores
- Como a multiprocessor logic aparece na tecelagem, a obra representa um Pentium P54C, não um P5
A ligação entre o Novo México e a Intel
- A Intel se conectou ao Novo México ao abrir a fábrica de chips Fab 7 em Rio Rancho, subúrbio ao norte de Albuquerque, em 1980
- A Fab 7 era, na época, a maior fábrica da Intel e produzia 70% do lucro da empresa
- A Intel continuou expandindo suas instalações no Novo México
- Adicionou a Fab 9 e a Fab 11
- A Fab 11 abriu em setembro de 1995 e produzia Pentium e Pentium Pro com um processo de fabricação de 140 etapas
- Um projeto de 4 bilhões de dólares está em andamento na Fab 9 e na Fab 11x
- A Intel foi criticada por questões ambientais no Novo México, mas também promove uma visão de futuro sustentável, incluindo restauração de bacias hidrográficas, uso de eletricidade 100% renovável e reciclagem de resíduos de construção
Fairchild e a fábrica de semicondutores de Shiprock
- Schultz está atualmente produzindo outra tecelagem baseada no circuito integrado Fairchild 9040
- O Fairchild 9040 é muito menos conhecido que o Pentium, mas tem importância histórica por ser um chip feito por trabalhadores navajo em uma fábrica em terras navajo
- A Fairchild começou a produzir semicondutores em Shiprock, Novo México, em 1965
- Shiprock fica cerca de 200 milhas a noroeste das futuras instalações da Intel no Novo México
- Em um folheto de 1969 celebrando a abertura de uma nova fábrica, a empresa comparou a tecelagem tradicional navajo aos padrões dos chips, e o chip em questão era o 9040
- As origens da Fairchild se ligam aos traitorous eight, que saíram da Shockley Semiconductor Laboratory
- Gordon Moore e Robert Noyce estavam entre eles, e os dois fundaram a Intel em 1968
- Noyce co-inventou o circuito integrado em 1959, e a Fairchild se tornou famosa como fabricante de semicondutores com papel fundamental na base do Vale do Silício
O contexto econômico do projeto de Shiprock
- O projeto de Shiprock foi uma das tentativas de melhorar a situação econômica dos navajo nos anos 1960 por meio do desenvolvimento industrial
- Na época, os navajo haviam passado por um século de opressão, incluindo a remoção forçada conhecida como Long Walk, e enfrentavam 65% de desemprego, renda per capita de 300 dólares e carência de estradas, eletricidade, água encanada e atendimento médico
- O Bureau of Indian Affairs buscava apoiar projetos industriais em terras indígenas para estimular a autonomia econômica
- O presidente tribal navajo Raymond Nakai entendia que a reserva não tinha pastagem suficiente para sustentar a população e que, por isso, era necessário atrair indústria
- A Fairchild abria fábricas em regiões de baixo custo, como Maine, Austrália e Hong Kong, para evitar os altos custos trabalhistas do Vale do Silício
Crescimento, reconhecimento e críticas
- A Fairchild começou a fabricar transistores em 1965, no Shiprock Community Center, com 50 trabalhadores navajo, e rapidamente ampliou esse número para 366
- Em 1967, Robert Noyce considerou a fábrica de Shiprock um sucesso e explicou que a Fairchild era movida tanto por custos baixos de trabalho quanto por benefícios sociais
- Em 1969, o presidente da Fairchild, Lester Hogan, ficou profundamente impressionado com a fábrica de Shiprock e decidiu expandi-la, apoiando também a construção de centenas de moradias para trabalhadores
- O folheto comemorativo de 1969 enfatizava a semelhança visual entre a tecelagem tradicional navajo e o design moderno de circuitos integrados
- Mais tarde, a Fairchild afirmou que a tecelagem de tapetes proporcionava capacidade de reconhecer padrões complexos, facilitando memorizar padrões de circuitos integrados
- Lisa Nakamura critica essa linguagem em Indigenous Circuits: Navajo Women and the Racialization of Early Electronic Manufacture, dizendo que ela generifica o trabalho de montagem eletrônica e o associa a características racializadas específicas
- A fábrica de Shiprock empregou 1.200 pessoas; com exceção de 24, todas eram navajo
- Tornou-se o maior empregador não governamental de American Indians nos Estados Unidos
- Entre 33 supervisores de produção, 30 eram navajo
- Participaram do projeto o Bureau of Indian Affairs, o U.S. Public Health Service, a Economic Development Administration, o Departamento do Trabalho e o Housing and Urban Development
Adaptação cultural e queda na rotatividade
- Em uma reunião do National Council on Indian Opportunity, em 1971, a fábrica de Shiprock foi apresentada como um grande caso de sucesso
- O presidente da Fairchild, Hogan, disse que o programa de Shiprock foi um dos mais gratificantes da história da empresa, tanto em resultados de negócios quanto em responsabilidade social
- O presidente do Navajo Tribal Council, Peter MacDonald, afirmou que a Fairchild oferecia não apenas emprego, mas também apoio habitacional por meio de organizações sem fins lucrativos
- Em 1972, a National Geographic apresentou a fábrica de Shiprock como “Weaving for the Space Age” e escreveu que Shiprock estava mais vibrante graças a uma folha salarial anual de 4,5 milhões de dólares
- O novo gerente, Paul Driscoll, concluiu que as rígidas “white man's rules” tinham efeito contrário
- Trabalhadores sem telefone não conseguiam avisar ausência
- Muitos trabalhadores falavam apenas navajo, não inglês, então foi preciso criar substitutos para termos técnicos; “aluminum”, por exemplo, era chamado de “shiny metal”
- A Fairchild também precisou se adaptar às cerimônias religiosas tradicionais de nove dias
- A rotatividade mensal caiu de 12% para menos de 1%, superando outras fábricas da Fairchild
Fechamento em 1975
- Em 1975, a indústria de semicondutores foi afetada pela recessão nos Estados Unidos, e a Fairchild registrou prejuízos em circuitos integrados, cortando mais de 8 mil empregos entre 1973 e 1975
- Na fábrica de Shiprock, 140 funcionários navajo foram demitidos em fevereiro de 1975, o que provocou indignação na comunidade
- Vinte indígenas armados com fuzis de alta potência ocuparam a fábrica e exigiram a recontratação dos demitidos
- A Fairchild descreveu os ocupantes como um grupo externo que não representava os funcionários, as autoridades tribais nem a comunidade local
- Peter MacDonald dizia concordar com a AIM em muitos pontos, mas considerava que os ocupantes não compreendiam a consciência histórica navajo nem a necessidade de crescimento da nação indígena
- A ocupação terminou pacificamente uma semana depois, e os ocupantes receberam anistia incondicional
- Temendo novos distúrbios, a Fairchild fechou permanentemente a fábrica de Shiprock e transferiu a produção para o Sudeste Asiático
Trabalho feminino e fabricação eletrônica
- Até o fechamento, a fábrica de Shiprock foi em grande parte considerada um sucesso, mas as avaliações retrospectivas são divergentes
- Peter MacDonald via a fábrica da Fairchild como um esforço cooperativo bem-sucedido para todos
- Alice Funston, supervisora navajo em Shiprock, disse que a Fairchild ajudou o avanço das mulheres e beneficiou toda a comunidade indígena de Shiprock
- Charles Sporck, gerente-geral da Fairchild, avaliou que Shiprock teve impacto negativo na estrutura social da tribo navajo
- A Fairchild reconhecia havia muito tempo a escassez de empregos masculinos em Shiprock
- Em 1971, Hogan afirmou que a montagem de semicondutores, por envolver trabalho detalhado com peças pequenas, se adequava às mulheres, e que por isso a Fairchild tinha quase três vezes mais trabalhadoras navajo do que homens
- O papel das mulheres na fabricação eletrônica muitas vezes não é reconhecido
- Um relatório de 1963 estimava que trabalhadoras representavam 41% de todo o emprego na manufatura eletrônica
- Mulheres ocupavam mais de 70% da linha de produção de semicondutores, 90% a 99% das funções de inspeção e teste e 90% a 100% das funções de montagem
- Em cargos fora da produção, a participação feminina era menor, e a proporção de engenheiras era tão baixa que era difícil até medi-la
A fábrica navajo da General Dynamics
- A empresa de defesa General Dynamics também operou uma fábrica navajo, e ela durou mais do que a da Fairchild
- Em 1967, abriu uma fábrica da Navajo Nation em Fort Defiance, no Arizona, para fabricar componentes de mísseis para a Marinha
- Começou com 30 funcionários, chegou a 224 no fim de 1969 e caiu para 99 em 1971, com a desaceleração do setor eletrônico
- Em 1988, abriu outra fábrica navajo perto de Farmington, no Novo México
- Após o fim da Guerra Fria, em 1992, a Hughes Aircraft comprou o negócio de mísseis da General Dynamics e, em 1997, ele foi vendido para a Raytheon
- A instalação de Fort Defiance fechou em 2002, mas a fábrica de Farmington permanece hoje como Raytheon Diné, produzindo componentes para os mísseis Tomahawk, Javelin e AMRAAM
Dentro do chip Fairchild 9040
- A foto do die do Fairchild 9040 tem design e cores tão marcantes que lembram uma tecelagem tradicional
- Sobre um pequeno quadrado de silício de aparência roxa, várias regiões são dopadas com impurezas para formar dispositivos eletrônicos
- As regiões dopadas aparecem como linhas verdes ou azuis
- As linhas brancas são a camada metálica sobre o silício, conectando os componentes
- Os 13 retângulos metálicos na borda são os bond pads
- O 9040 foi encapsulado em um incomum flat-pack de 13 pinos, e cada um dos 13 bond pads é ligado por um fio fino a um pino externo
- O Fairchild 9040 foi introduzido em meados dos anos 1960 como parte da linha Fairchild Micrologic
- O 9040 é um circuito de flip-flop que armazena um único bit, 0 ou 1
- Flip-flops podem ser combinados para criar contadores que contam pulsos, entre outros circuitos
O padrão de circuito do 9040 e suas limitações
- O padrão mais visível no 9040 são as linhas azuis sinuosas
- Cada linha forma um resistor que limita o fluxo de corrente
- Para obter o valor de resistência desejado, a linha precisa ser longa; por isso, ela é dobrada para frente e para trás para caber em pouco espaço
- O fato de boa parte do die ser ocupada por resistores é uma desvantagem dessa abordagem de circuito
- Circuitos integrados modernos usam CMOS para serem menores, e um dos motivos é justamente não precisarem desses resistores volumosos
- Os transistores do 9040 são formados por três camadas de silício e pela fiação metálica conectada a cada uma delas
- As áreas verdes ao redor isolam os transistores para evitar interferência com outros circuitos
- O die também contém muitos diodos, parecidos com transistores, mas com apenas duas conexões
- Esses transistores são do tipo bipolar
- Computadores modernos usam transistores MOS, menores e mais eficientes
- O fato de a Fairchild não ter migrado para MOS e ter permanecido por muito tempo nos transistores bipolares é apontado como um de seus principais fracassos
A diferença de escala entre o 9040 e o Pentium
- O 9040 e o Pentium são chips de escalas completamente diferentes
- O 9040 contém 16 transistores
- O Pentium contém 3,3 milhões de transistores
- Na foto do 9040, é possível ver os transistores individuais; no Pentium, apenas grandes blocos funcionais aparecem
- Da metade dos anos 1960, com o 9040, até o Pentium de 1993, a capacidade dos circuitos integrados cresceu exponencialmente
- Esse padrão de crescimento, em que o número de transistores dobra aproximadamente a cada dois anos, é conhecido como Lei de Moore, observada pela primeira vez por Gordon Moore em 1965
- O esquema do circuito do 9040 mostra 16 transistores, 16 diodos e 22 resistores
- A simetria esquerda-direita da foto do die também aparece no circuito
- O flip-flop armazena 1 ou 0 ao ativar o circuito da esquerda ou da direita
- Quando um lado liga, o cruzamento de sinais em forma de X no centro desliga o outro lado
- Essa simetria não é decorativa, mas essencial para o funcionamento do circuito
O 9040 que permanece na Lua
- Embora pouco conhecido, vários chips 9040 estão atualmente na Lua
- O 9040 foi usado no Apollo Lunar Surface Experiments Package, especialmente no Active Seismic Experiment das missões Apollo 14 e 16
- Esse experimento detonava pequenas cargas explosivas na Lua e media as ondas sísmicas resultantes
- Nos projetos, aparecem três dos 19 flip-flops 9040 marcados como “FF” e dois gates lógicos 9041 da mesma família
- Não foi possível comprovar se o programa Apollo usou chips produzidos na fábrica de Shiprock, mas o presidente da Fairchild, Hogan, afirmou que trabalhadores de Shiprock montaram sistemas de guiagem, comunicação e giroscópio usados nos foguetes Apollo
O significado ligado ao circuito de exposições
- A semelhança entre tecelagem navajo e padrões de circuitos integrados vem sendo mencionada desde os anos 1960
- As tecelagens de circuitos integrados de Marilou Schultz transformam essa metáfora visual em obra de arte concreta
- A exposição Woven Histories, da National Gallery of Art, não está mais em cartaz, mas a mesma mostra será apresentada a partir de 8 de novembro de 2024 na National Gallery of Canada (Ottawa) e, a partir de 20 de abril de 2025, no Museum of Modern Art (Nova York)
- Outra obra de tecelagem de chip de Schultz, “Untitled (Unknown Chip), 2008”, foi identificada como um processador AMD K6 III
- A exposição também incluiu “Copper Tapestry (Riva 128 Graphics Card, Nvidia, 1997)”, de Analia Saban, obra que representa uma placa gráfica para PC STB Velocity 128 com GPU Nvidia Riva 128
1 comentários
Comentários no Hacker News
Isso é multithreading de verdade
— Ada Lovelace, 1843
Como alguém que ocasionalmente projeta chips, estou fazendo uma janela de vitral para a entrada de casa, com o tema de um meio somador
É muito menor que um Pentium, mas o grande desafio é como mostrar todas as camadas, como silício, implantação iônica, polissilício, metal e vias; pretendo incluir só uma camada metálica
O resultado deve ficar mais parecido com uma escultura de camadas finas empilhadas do que com um vitral tradicional
É uma estrutura circular interessante. O tear de Jacquard influenciou os métodos de entrada dos primeiros computadores, e agora os computadores estão influenciando a produção dos teares
Perto da virada do século, um dos clientes de seu pai, Maxwell von Neumann, era um fabricante de teares de Jacquard, e dizem que Max costumava contar aos filhos sobre seu trabalho todos os dias durante o jantar
Sou o autor. Se tiverem perguntas obscuras sobre o Pentium, posso responder
A história da fabricação da Fairchild em Shiprock é interessante e dolorosa. É bom ver isso pesquisado e organizado com tanto cuidado
Do ponto de vista de quem mora perto dali, ainda há pobreza profunda na comunidade navajo
Para piorar, a indústria petrolífera local se mudou para o Texas, e no último ano a Four Corners Power Plant (PNM) e a Navajo Mine (BHP) também fecharam
As duas eram fontes de emprego muito grandes para o povo navajo desde os anos 1970, e muitas empresas em cidades próximas como Farmington e Gallup também fecharam
Quem consegue ir embora está se mudando para lugares como Phoenix ou Denver, tentando não ficar preso a essa situação
Um texto realmente precioso. Eu conhecia os codificadores navajos, mas nunca tinha ouvido falar da conexão com Shiprock
Também é impressionante a maneira como o autor entrelaçou naturalmente conhecimentos de computação de baixo nível. É um texto que dá para mandar até para amigos sem formação técnica
Há muito tempo vejo hard tech como uma concretização da nossa cultura. Áreas como semicondutores, manufatura avançada e aeroespacial não são algo que se começa do nada; para criar algo valioso, são necessárias melhorias ao longo de várias gerações
Assim como a queda na qualidade da cerâmica no Império Romano mostrou como a economia restringia a tecnologia, essas áreas se tornam ótimos indicadores de progresso e declínio
Talvez a computação seja um dos grandes limiares que mostram a capacidade de toda a economia e, de forma mais ampla, da espécie inteira. Como o motor de dobra de Star Trek
Texto realmente fascinante. Eu não conhecia nada da história da Fairchild Semiconductor envolvendo os navajos
Se esse tapete for desenterrado daqui a uns 2.000 anos, fico imaginando quantos debates e teses de doutorado isso vai gerar na arqueologia
Não é muito comum conseguir ligar ovelhas e semicondutores
Também fico imaginando se alguém já está pesquisando oportunidades de IA para ovelhas
Ao contrário da crença comum, ovelhas não são burras; elas apenas têm, definitivamente, uma forma muito diferente de ver o mundo