História das CPUs: de válvulas que queimavam a transistores que cabem na unha

História das CPUs: de válvulas que queimavam a transistores que cabem na unha

Se você abrir um Apple M5 e um ENIAC lado a lado, a primeira coisa que vai notar é que um deles caberia numa sala de estar e o outro numa unha. A segunda é que a lógica dos dois continua parecida. Ambos somam, comparam e desviam o fluxo do programa. A história das CPUs é a história de fazer essa mesma lógica com componentes cada vez menores, mais baratos e menos famintos por energia. Quase toda a mudança está no material e na escala, e não na ideia.

Esta nota percorre a linha do tempo em ordem. Ela não tenta ser exaustiva, porque as famílias de chips são longas demais para caber. A intenção é mostrar as viradas e os modelos que as marcaram, com ano, fabricante, largura de bits, clock e número de transistores sempre que a fonte confirmou o dado. Onde a fonte não confirmou, a célula da tabela fica marcada e a seção explica o motivo.

1. Antes do chip: válvulas e relés

O ENIAC, concluído em 1945 e usado de forma prática a partir de 10 de dezembro daquele ano, é o marco que costuma abrir os livros. Ele usava válvulas termiônicas, que são tubos de vidro com um filamento aquecido, parecidos com pequenas lâmpadas, capazes de ligar e desligar um sinal elétrico. A Wikipedia registra cerca de 18.000 válvulas no fim da operação, em 1955, além de milhares de diodos e relés, e um peso superior a 30 toneladas curtas. Ele fazia algo entre 5.000 somas e subtrações por segundo, um número que hoje parece pequeno, mas que naquela época exigia uma sala inteira de manutenção.

O problema da válvula era o mesmo de qualquer lâmpada: aquecia, queimava e ocupava espaço. Uma máquina com milhares delas falhava com frequência, e a equipe de manutenção do ENIAC passava boa parte do tempo procurando válvulas defeituosas. Ainda assim, ela provou que a computação eletrônica funcionava em escala, e a pergunta passou a ser como fazer a mesma coisa com algo menor e mais confiável.

Os relés, que são chaves eletromecânicas acionadas por bobina, vieram antes e continuaram em uso em máquinas de telefonia e algumas de cálculo. Eles eram mais lentos que válvulas, porque dependiam de um pedaço de metal se movendo, mas faziam barulho audível e tinham vida útil limitada pelo desgaste mecânico. Nenhum dos dois serviu de base para a CPU moderna. Eles mostram, porém, o que estava em jogo: cada elemento lógico precisava ser pequeno, barato e capaz de mudar de estado sem se desmanchar.

2. O transistor e o circuito integrado

O transistor foi a resposta. Em 1947, John Bardeen e Walter Brattain, no laboratório Bell da AT&T, em Murray Hill, nos Estados Unidos, montaram o primeiro dispositivo que amplificava e chaveava um sinal usando material semicondutor, o transistor de contato pontual. Ele era muito menor que uma válvula, não precisava de filamento aquecido e gastava bem menos energia. A Wikipedia registra a sequência de experimentos entre 17 de novembro e 23 de dezembro de 1947. Os primeiros transistores eram peças isoladas, soldadas uma a uma, e fazer um computador com milhares deles ainda era trabalhoso, mas o caminho estava aberto.

O passo seguinte foi colocar vários transistores e as ligações entre eles num único bloco de silício. Jack Kilby, na Texas Instruments, demonstrou o primeiro circuito integrado funcional em 12 de setembro de 1958, com ligações feitas por fios de ouro. Robert Noyce, na Fairchild Semiconductor, desenvolveu em 1959 a versão monolítica, em que as ligações são impressas sobre o próprio silício, e essa é a base dos chips atuais. Um detalhe que costuma passar despercebido: os transistores que formam as CPUs modernas são em geral do tipo MOSFET, uma variante cuja primeira demonstração funcional veio em 1960, na equipe de Mohamed Atalla e Dawon Kahng, também no Bell Labs.

A consequência prática é que a unidade de cálculo deixou de ser uma peça montada e passou a ser um padrão desenhado. Se você sabe fazer um transistor pequeno e confiável, pode repetir o padrão milhões de vezes no mesmo chip. Essa repetição é o que permitiu o salto seguinte.

3. O microprocessador: a CPU inteira num chip

Em 1971, a Intel lançou o 4004, o primeiro microprocessador comercial da história, segundo o Guinness World Records, que o registra como o primeiro microprocessador disponível comercialmente. Ele foi encomendado pela empresa japonesa Busicom para uma calculadora, e a Intel aproveitou o projeto para fazer uma CPU genérica num único chip. O 4004 tinha largura de 4 bits, clock máximo de 740 kHz e cerca de 2.300 transistores, fabricados com processo de 10 micrômetros. Parece pouco, mas ele reunia num chip o que antes ocupava uma placa cheia de circuitos.

Os anos seguintes mostram a escalada. O 8008, de abril de 1972, passou para 8 bits, com 3.500 transistores e o mesmo processo de 10 micrômetros. O 8080, de 1974, dobrou a velocidade para 2 MHz e foi a base de vários computadores pessoais da época, com cerca de 4.500 transistores segundo a Wikipedia, em processo de 6 micrômetros. O MOS 6502, lançado em setembro de 1975, tinha clock original de 1 MHz e processo de 8 micrômetros, e foi o chip que alimentou o Apple II e outros computadores domésticos, por ser barato. O Zilog Z80, de julho de 1976, rodava a 2,5 MHz, tinha 8.500 transistores e processo de 4 micrômetros, e virou padrão em máquinas de oito bits, incluindo muitos computadores pessoais.

Quando você olha a tabela a seguir, perceba que a largura de bits sobe de 4 para 8, e depois para 16 e 32, enquanto o número de transistores cresce muito mais rápido que o clock. Esse é o padrão da época: a engenharia gastava a maior parte do ganho em mais lógica por chip, e não só em velocidade.

4. Os 16 e os 32 bits

O Intel 8086, lançado em junho de 1978, marcou a passagem para 16 bits. A Wikipedia registra clock de 5 MHz, cerca de 29.000 transistores e processo de 3 micrômetros. Ele foi a raiz da família x86, que até hoje define o padrão de compatibilidade dos PCs. O 80286, de 1982, subiu para 134.000 transistores, com clock de 5 a 8 MHz e processo de 1,5 micrômetro, e introduziu o modo protegido, que separa programas e o sistema operacional. Essa separação é a semente de tudo o que hoje chamamos de proteção de memória.

O Intel 80386, de 1985, foi o primeiro da família com registradores de 32 bits, o que permitiu endereçar muito mais memória e rodar sistemas operacionais mais sofisticados. A Wikipedia registra 275.000 transistores e processo entre 1,5 e 1 micrômetro. Sobre o clock de lançamento, a Wikipedia traz 12,5 MHz como o valor inicial, e uma página sobre a linha 386 diz que o chip saiu inicialmente a 16 MHz, com amostras em outubro de 1985. Um museu de microscopia cita as duas frequências, 12,5 e 16 MHz. As fontes divergem, então o clock de lançamento do 386 fica como não confirmado nesta revisão. O dado de transistores, 275.000, aparece de forma consistente nas fontes consultadas.

O Intel 80486, de abril de 1989, trouxe duas novidades que mudaram o desempenho: um coprocessador de ponto flutuante integrado e cache de nível 1 no próprio chip. Segundo a Wikipedia, ele tinha entre 1,2 e 1,6 milhão de transistores, foi o primeiro chip x86 com mais de um milhão de transistores e tinha cache interno de 8 a 16 KB. Essa integração antecipa uma ideia que volta na nota de pipeline: a CPU rápida precisa de memória próxima.

5. O Pentium e a era superescalar

O Pentium original, anunciado pela Intel em 22 de março de 1993, nas versões de 60 e 66 MHz, tinha 3,1 milhões de transistores, processo BiCMOS de 800 nanômetros e barramento externo de 64 bits. A Wikipedia destaca que ele foi o primeiro processador x86 superescalar, o que significa que conseguia executar, em muitos casos, duas instruções no mesmo ciclo. Esse é o ponto em que o paralelismo dentro de um único núcleo entra no mercado de PCs, e ele é tema da nota Pipeline, cache e paralelismo.

O Pentium Pro, de 1995, introduziu a microarquitetura P6, com execução especulativa e execução fora de ordem, que a Intel chamou de execução dinâmica. A fonte consultada confirma 5,5 milhões de transistores, lançamento em novembro de 1995 e faixa de clock de 150 a 200 MHz. Sobre o processo de fabricação, a página da Wikipedia sobre o Pentium Pro informa que o die do modelo de 150 MHz foi fabricado em BiCMOS de 0,50 micrômetro, e que os de 166, 180 e 200 MHz usaram BiCMOS de 0,35 micrômetro. Outras buscas davam 0,35 micrômetro também para 150 MHz, e a documentação oficial da Intel não foi aberta nesta revisão, então o valor de 0,50 micrômetro vem de fonte secundária.

6. A concorrência e a corrida do clock

O Athlon da AMD, lançado em 23 de junho de 1999, com a arquitetura K7, chegou a 500 a 700 MHz, com cerca de 22 milhões de transistores e processo de 250 nanômetros. Foi a primeira vez em anos que um fabricante que não era a Intel liderou em desempenho de PC de mesa, e isso mudou o ritmo da disputa. A partir daí, o clock virou uma espécie de placar, e os dois fabricantes correram para mostrar números mais altos.

A corrida do clock durou até o início dos anos 2000, e a seção sobre limites mostra por que ela parou. Até lá, o modo de ganhar desempenho era quase sempre subir a frequência, porque cada etapa do circuito ficava mais rápida à medida que os transistores encolhiam. A partir de certo ponto, os chips passaram a esquentar demais e a gastar energia demais para continuar nessa trilha, e a indústria voltou a ganhar desempenho com paralelismo, mais núcleos e mais trabalho por ciclo.

O Core 2 Duo, da família Conroe, lançado em 27 de julho de 2006, é um marco desse momento. Ele usava processo de 65 nanômetros, tinha 291 milhões de transistores e começou com os modelos E6300 a 1,86 GHz e E6400 a 2,13 GHz. A linha trouxe um núcleo de execução mais largo e eficiente, e o clock deixou de ser o melhor indicador de desempenho. O Conroe mostrou que um chip mais lento em clock podia ser mais rápido na prática.

7. O século dos núcleos múltiplos

Em 2017, a AMD lançou a linha Ryzen, com a microarquitetura Zen. O Ryzen 7 1800X, lançado em 2 de março daquele ano, usava processo de 14 nanômetros e tinha clock base de 3,6 GHz com boost de 4,0 GHz, segundo as fontes que consultei. A Wikipedia registra 4,8 bilhões de transistores para o die Zeppelin, a base dos chips daquela geração. O salto em relação ao Conroe não está no clock, que quase não subiu. Está na quantidade de núcleos, no tamanho do cache e na eficiência por ciclo.

Em 2020, a Apple lançou o M1, o primeiro chip de sua linha própria para Mac. Ele usava processo de 5 nanômetros da TSMC, tinha 16 bilhões de transistores e clock máximo de 3,2 GHz. Seus oito núcleos de CPU eram divididos em quatro de desempenho e quatro de eficiência, e toda a memória era compartilhada entre CPU, GPU e Neural Engine. A Wikipedia registra a data de lançamento em 10 de novembro de 2020. O M1 mostrou que uma CPU de desktop podia ser muito eficiente quando o projeto inteiro era pensado junto, do núcleo à memória.

O Apple M5, anunciado em 15 de outubro de 2025, usa processo de terceira geração de 3 nanômetros e tem 4 núcleos de desempenho e 6 de eficiência, segundo a imprensa de tecnologia que cobriu o lançamento. Não encontrei a contagem de transistores nem os clocks em uma fonte oficial da Apple, então esses dados ficam de fora desta nota.

Os chips de 2025 e 2026 continuam a mesma história, com números diferentes. A AMD usa o processo de 4 nanômetros da TSMC nos núcleos Zen 5 da linha Ryzen 9000, segundo a Wikipedia. No Ryzen 9 9950X, o clock base é de 4,3 GHz e o de boost chega a 5,7 GHz, com 64 MB de L3, segundo fichas de varejo e a análise da Tom’s Hardware. Uma fonte isolada dá 4,4 GHz de base, mas as demais concordam em 4,3, e a página da AMD não abriu nesta revisão. A Intel lançou a família Panther Lake, vendida como Core Ultra Series 3, em janeiro de 2026, feita no processo 18A, com modelo topo de linha de 16 núcleos. A composição de 4 núcleos P, 8 E e 4 de baixo consumo veio de uma única fonte taiwanesa, e deve ser lida como não conferida em documento oficial. A Qualcomm anunciou o Snapdragon X2 Elite Extreme com até 18 núcleos Oryon, em processo de 3 nanômetros, e clock de até 5,0 GHz. Os núcleos se dividem em grupos prime e de desempenho, e não de eficiência, como a própria Qualcomm nomeia. A nota de arquiteturas traz o panorama completo.

8. A linha do tempo visual

A figura abaixo organiza o que vimos em quatro eras: antes do chip, os primeiros microprocessadores de 4 e 8 bits, os chips de 16 e 32 bits, e a era dos núcleos múltiplos em desktop, notebook e celular. Cada cartão traz o ano e os números confirmados.

Repare que as colunas são de eras de tecnologia, e não de empresas. Cada passagem entre colunas marca uma mudança do que se conseguia fazer com um chip. Por isso o azul da Intel aparece nas duas primeiras colunas, e o laranja da AMD e o roxo da Apple entram só quando a disputa de desempenho já tinha mudado de forma.

Para entender a escala, a figura seguinte coloca no mesmo gráfico o número de transistores de cada modelo, com escala logarítmica. Em escala comum, o gráfico teria o 4004 quase invisível ao lado do M1, então o eixo vertical cresce de dez em dez.

A reta que se forma nessa escala é o que a lei de Moore descreveu, e a nota de limites explica de onde ela vem e por que ela desacelerou. Para a leitura da figura, o ponto principal é a inclinação, que representa multiplicação constante ao longo das décadas.

9. Tabela de referência

A tabela resume os modelos citados, com os números que as fontes confirmaram. Quando a célula está em branco, a fonte consultada não trouxe o dado, e isso é declarado na seção correspondente.

Sobre o 6502, o número de 3.510 transistores é o que aparece no infobox da Wikipedia e em fontes secundárias. Uma página de discussão da própria Wikipedia explica que a contagem total do chip é de 4.528, com 3.510 transistores de enriquecimento e 1.018 de pull-up de depleção, uma divisão atribuída ao projeto de engenharia reversa visual6502. A contagem de 3.218, que a própria busca sugeriu, não apareceu em nenhuma fonte consultada, então não a uso. Sobre a largura do Core 2, a tabela marca 64 bits porque a família Core 2 implementa x86-64. Essa é uma afirmação de arquitetura que não conferi em página de datasheet específica, então ela entra aqui como informação de contexto.

10. Erros comuns na leitura da história

O primeiro erro é achar que a história é uma escada de progresso sempre igual. Ela tem becos sem saída, como os relés, e disputas em que o melhor chip não venceu, como o Itanium, que a Gerações e arquiteturas explica. Quem lê só a lista de sucessos perde o motivo de cada escolha.

O segundo erro é misturar clock de boost com clock base. O Ryzen 1800X tem 3,6 GHz de base e 4,0 GHz de boost, e a tabela mostra os dois. Comparar o boost de um chip com o clock base de outro dá uma impressão de diferença que não existe na prática.

O terceiro erro é tratar número de transistores como medida de desempenho. Mais transistores permitem mais núcleos, mais cache e mais lógica, mas o ganho depende de como esses transistores são usados. Um chip com muito cache pode ser mais rápido em uma tarefa e mais lento em outra.

Glossário

Válvula termiônica: tubo de vidro com filamento aquecido que controla a passagem de corrente elétrica. Era o elemento de chaveamento dos primeiros computadores eletrônicos.

Transistor: dispositivo semicondutor que atua como chave ou amplificador. Substituiu a válvula por ser menor, mais barato e mais econômico.

Circuito integrado: conjunto de transistores e ligações fabricados num único bloco de material semicondutor.

Microprocessador: CPU inteira num único circuito integrado.

MOSFET: tipo de transistor de efeito de campo, com porta isolada por óxido de metal. É a base dos chips digitais modernos.

Processo de fabricação: tecnologia usada para desenhar os transistores, medida pela menor dimensão de referência, em micrômetros ou nanômetros. Um processo menor cabe mais transistores na mesma área.

Superescalar: arquitetura que executa mais de uma instrução por ciclo no mesmo núcleo.

Exercícios

1. Escolha dois modelos da tabela, um de 1978 e um de 2017, e calcule quantas vezes o número de transistores cresceu. Depois calcule quantas vezes o clock de lançamento cresceu. Compare os dois fatores e escreva uma frase sobre o que isso indica.
2. Procure a especificação oficial de um chip de 2006 em um site do fabricante e confira se os números desta nota batem. Anote as diferenças, se houver.
3. Explique por que uma figura com escala linear de transistores seria quase inútil para comparar o 4004 e o M1, e como a escala logarítmica resolve o problema.

Fontes

Consultadas em 1 de novembro de 2026, por leitura de página via ferramenta de busca e navegação:

• Wikipedia: Intel 4004: data, largura, clock, transistores e processo.
• Wikipedia: Intel 8008: data, largura, clock, transistores e processo.
• Wikipedia: Intel 8080: data, largura, clock e processo. A contagem de transistores é descrita como aproximada.
• Wikipedia: Zilog Z80: data, largura, clock, transistores e processo.
• Wikipedia: MOS Technology 6502: data, clock original e processo. A página traz duas contagens de transistores sem distinguir as versões.
• Wikipedia: Intel 8086: data, largura, clock, transistores e processo.
• Wikipedia: Intel 80286: data, largura, clock, transistores e processo.
• Wikipedia: Intel 80386: data, transistores, processo e clock de lançamento. O clock de 12,5 MHz vem só desta fonte.
• Wikipedia: Intel 80486: data, transistores, processo, FPU e cache.
• Wikipedia: Pentium (original): data, clock, transistores, processo, barramento e superescalaridade.
• Wikipedia: P6 (microarchitecture): execução especulativa e fora de ordem. Não trouxe os números específicos do Pentium Pro.
• Wikipedia: Athlon: data, clock, transistores e processo do primeiro Athlon.
• Wikipedia: Transistor: experimentos de 1947 e o primeiro MOSFET de 1960.
• Wikipedia: Integrated circuit: demonstrações de Kilby e Noyce e o primeiro MOS comercial.
• Wikipedia: ENIAC: conclusão, uso prático, número de válvulas, velocidade e peso.
• Wikipedia: Conroe (microprocessor): data, processo e clocks iniciais.
• Wikipedia: Ryzen: data de anúncio e lançamento, processo Zen 5 de 4 nm e transistores do die Zeppelin.
• Wikipedia: Apple M1: data, processo, transistores, clock e núcleos.
• HWBusters: Core 2 Duo 20th anniversary: 291 milhões de transistores e processo de 65 nm, confirmados também por fichas técnicas.
• Wikipedia: Pentium Pro, consultada em 1 de novembro de 2026: processo de 0,50 µm no modelo de 150 MHz e 0,35 µm nos de 166 a 200 MHz, 5,5 milhões de transistores e lançamento em 1 de novembro de 1995. A documentação oficial da Intel não foi aberta.
• 80386: Wikipedia: i386 para 275.000 transistores e lançamento em outubro de 1985. Clock inicial divergente entre a Wikipedia (12,5 MHz), a Lowendmac (16 MHz) e um museu de microscopia (12,5 e 16 MHz).
• 6502: Talk:MOS Technology 6502 na Wikipedia para a contagem de 4.528, sendo 3.510 de enriquecimento e 1.018 de pull-up. A contagem de 3.218 não foi encontrada.
• Guinness World Records: first microprocessor: registro do 4004 como primeiro microprocessador disponível comercialmente.
• Tom’s Hardware: Apple M5: anúncio do M5, 3 nm e divisão de núcleos.
• MacTech: Apple launches M5: data de 15 de outubro de 2025.
• The Register: Panther Lake: processo 18A e nome Core Ultra Series 3.
• TechSpot: Core Ultra Series 3: configuração de 16 núcleos do modelo topo de linha.
• TweakTown: Snapdragon X2 Elite Extreme: 18 núcleos e 5,0 GHz. A disponibilidade em aparelhos não foi confirmada.
• Ryzen 7 1800X: PCPer, especificações da linha Ryzen 7 e WikiChip, com clock base de 3,6 GHz, boost de 4,0 GHz, processo de 14 nm, 95 W e preço de lançamento de US$ 499 em 2 de março de 2017. A página da AMD não abriu nesta revisão.
• Apple M5 e Snapdragon X2 Elite Extreme: a Apple não divulgou a contagem de transistores do M5 nesta revisão, e a Qualcomm publica clocks de lançamento sem medição independente.

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