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Como funciona a arquitetura de um processador Intel Pentium

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Fabricantes como Google, IBM e Intel estão trabalhando na produção de processadores quânticos, que são capazes de fazer cálculos milhões de vezes mais rápidos do que qualquer outra máquina já criada. Os computadores quânticos saíram da teoria e chegaram ao mundo real. Entre os exemplos estão o chip Bristlecone de 72 qubits e o rival Tangle Lake, de 49 qubits, de Google e Intel, respectivamente. A IBM também tem um projeto de máquina quântica experimental de 50 qubits.

Quando passarem ser usados em todo seu potencial, as implicações devem ser drásticas nos ramos de pesquisa, inteligência artificial, processamento de dados e segurança digital, além de novos campos que podem surgir com o tempo.

Processador quântico da Intel - Foto: Reprodução/QuTech

Apesar disso, é importante salientar: é pouco provável que um dia trocaremos nossos computadores atuais por sua versão quântica. Por mais empolgante que o processador quântico possa parecer, ele terá pouca utilidade em nossas atividades cotidianas, como assistir a um vídeo no YouTube ou rodar um jogo no Steam, por exemplo.

O que é processador quântico?

Antes de mais nada, é importante entender a diferença entre o processador quântico e o comum. Este último, que está dentro de todo computador, smartphone ou tablet, funciona processando bits, que são informações distribuídas em dois valores: 0 ou 1. Em outras palavras, toda atividade feita pelo computador, como postar uma foto nas redes sociais, nada mais é do que uma longa sequência de 0 e 1 processada em milésimo de segundos pelo CPU.

Já os computadores quânticos trabalham em qubits (ou quantum bits) que, em vez de alternarem entre esses dois valores, podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo - no que os físicos chamam de superposição. Seu valor é definido na mensuração, tal qual acontece na mecânica quântica. Isso significa, em teoria, que é possível fazer muito mais cálculos de uma única vez.

Para se ter ideia desse potencial, cada qubits a mais multiplica exponencialmente sua capacidade de processamento. Se 10 qubits podem representar 1.024 valores diferentes, com 15 qubits esse número salta para 32.768.

Para muitos pesquisadores, a chamada "supremacia quântica" - ou seja, o momento em que os computadores quânticos ultrapassarem a barreira física de processamento dos computadores tradicionais - ocorrerá quando mais de 50 qubits puderem operar em conjunto. Apesar das notícias mais recentes serem promissoras, ainda estamos longe dessa realidade.

Isso porque usar um computador quântico requer diversos cuidados. Diferente do processador comum, a natureza instável da partícula subatômica exige um ambiente livre de qualquer interferência externa. Em geral, os computadores quânticos operam em temperaturas baixíssimas - o da IBM fica estável a -273ºC - e em locais isolados onde nem ondas de rádio podem entrar.

Sistema de processador quântico de 50 qubits da IBM - Foto: Divulgação/IBM

O que isso muda?

Por esses e outros motivos que, repetimos, é pouco provável que um dia teremos um iPhone equipado com um processador quântico. Ainda há questões como o alto custo de produção e a dificuldade em programar em cima de uma arquitetura tão complexa como essa, além do fato de que o usuário comum pouco se beneficiaria da capacidade gigantesca de cálculo que ele proporcionaria.

Além disso, diferente do que se pensa, os computadores quânticos não devem aposentar os nossos PCs atuais. A ideia de muitos cientistas é que eles operem em conjunto, com cada plataforma trabalhando em problemas específicos de cada meio.

Mas isso não significa que os computadores quânticos não terão impacto em nossas vidas. Pelo contrário: a questão da criptografia já tem mexido com os ânimos de muitas pessoas. Chaves que antes demorariam bilhões de anos para serem quebradas poderão ser decodificadas em pouco tempo com os processadores quânticos. Por isso que, futuramente, será preciso criar novos códigos para garantir a segurança dos dados digitais.

IBM apresenta computador quântico de 20 qubit - Foto: Divulgação/IBM

Também espera-se que a inteligência artificial possa se beneficiar da maior capacidade de cálculos para criar ferramentas autônomas cada vez mais eficientes. Fora isso, pesquisadores poderão fazer simulações virtuais muito mais realistas e prever catástrofes climáticas, entender o funcionamento de novos remédios no corpo humano ou criar materiais usando a química quântica.

Alguns especialistas garantem que essa é só a ponta do iceberg e que há muitas novidades por vir e novos campos a se explorar. Por isso, tantas empresas e governos correm para tornar os computadores quânticos viáveis para o mundo. A revolução não será sentida nos nossos celulares, mas mudará tudo o que entendemos por computação.

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O que é processador quântico? Entenda como funciona a tecnologia

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Fabricantes como Google, IBM e Intel estão trabalhando na produção de processadores quânticos, que são capazes de fazer cálculos milhões de vezes mais rápidos do que qualquer outra máquina já criada. Os computadores quânticos saíram da teoria e chegaram ao mundo real.

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Uma falha que vem sendo chamada de "Meltdown reverso" foi encontrada em processadores da Intel, representando mais um pesadelo de segurança para a marca. No novo problema, batizado de Injeção de Valores de Carregamento (LVI, na sigla em inglês), indivíduos mal-intencionados poderiam interceptar dados da memória dos componentes, levando ao furto de possíveis informações confidenciais ou à manipulação remota de redes de computadores.

Descoberta por um esforço conjunto entre a Bitdefender e um time de pesquisadores de diferentes universidades dos Estados Unidos, Áustria e Bélgica, o problema permanece em estado teórico, o que significa que ainda não foi utilizado de forma maliciosa. Isso, entretanto, não exime a necessidade de um patch de correção, que já está disponível para download no site oficial da Intel. Ele pode, entretanto, ter impactos negativos sobre o desempenho dos processadores, enquanto os especialistas afirmam se tratar de um problema ainda mais grave, envolvendo o design dos chips e exigindo alterações no desenho do próprio silício.

O que faz com que a LVI seja chamado de Meltdown reverso é seu funcionamento, que se parece bastante com o da falha descoberta originalmente em 2018. Em ambos os casos, os problemas aparecem no que é chamado de espaço transiente de memória, onde funciona um sistema preditivo do processador. Basicamente, o chip acompanha a utilização do usuário e realiza operações antes mesmo de ele as ordenar, tentando prever o que será feito de forma a melhorar a performance e deixar "tudo pronto" para a ordem.

Enquanto o Meltdown furtava informações nesse estado de acordo com o que estava disponível lá, a LVI permite que códigos sejam injetados de forma que o processador execute funções determinadas ou aloque dados específicos. Em testes, o time de especialistas foi capaz de extrair uma chave de criptografia a partir de um dos enclaves do processador, enquanto uma segunda linha de pesquisa especula sobre a utilização de um ataque remoto, que também levaria a esse fim por meio, por exemplo, do acesso a um site malicioso usando códigos JavaScript.

Enquanto essa segunda possibilidade permanece na teoria, demonstrações da primeira foram apresentadas pelos especialistas, que ressaltam a necessidade de acesso físico aos computadores. Ou seja, o mercado corporativo é o que mais corre riscos, com ataques direcionados sendo feitos a estruturas internas. A partir de um computador com acesso a uma rede, por exemplo, seria possível infectar outros ou acessar o processamento especulativo de servidores para extração de informações confidenciais.

Por outro lado, como dito, a LVI ainda se encontra em um estado teórico e não existem indícios de utilização maliciosa. Em uma postagem realizada nesta semana, a Intel recomendou a seus clientes que apliquem o patch de correção para a vulnerabilidade, mas não entrou no assunto de mudança no design dos chips, algo que, para os pesquisadores responsáveis pela descoberta, precisa de atenção especial. Diante de brechas como esta, Meltdown, Spectre e tantas outras, aos especialistas já ficou claro que o desenho atual não é seguro.

Isso é tão verdade que, também na teoria, os especialistas acreditam que não apenas os chips da Intel estejam desprotegidos, como também os fabricados pela AMD e ARM, escalando a questão a uma falha essencial no design-padrão da indústria de silício. Novamente, é uma ideia que ainda está no ar, uma vez que os testes apenas comprovaram a viabilidade da execução.

Impactos

Como aconteceu nas brechas descobertas há alguns anos, a correção da LVI também deve levar a uma redução no desempenho dos computadores nos quais ela for aplicada. Testes preliminares apontaram para uma queda de desempenho que pode chegar a 19%, de acordo com modelos e outras mitigações e protocolos de segurança que estejam aplicados no hardware.

Patch de correção do LVI já está disponível, mas dificuldade de aplicação prática pode não compensar os impactos no desempenho dos processadores (Imagem: Bleeping Computer)

Por isso, a recomendação informal, não dita com todas as palavras, mas ventilada entre especialistas, é para que o patch somente seja aplicado em caso de necessidade e em máquinas que apresentem maiores riscos. Como se trata de uma falha difícil de ser explorada e que envolve intrusão física e acesso direto ao computador, intensificar protocolos de segurança e acesso a prédios, por exemplo, serve como um caminho melhor e que não tem impacto sobre a performance.

Entretanto, caso a possibilidade de uma exploração remota da LVI seja confirmada, a coisa muda de figura. Por enquanto, entretanto, a conclusão está relacionada a uma falha que existe e exige, sim, atenção, mas, nas palavras da própria Intel em declarações sobre o assunto, não representa um método prático no mundo real.

Vale a pena lembrar que esta é mais uma pedra no sapato da fabricante norte-americana que, na última semana, também se viu às voltas com uma nova falha em seus processadores. Chips lançados nos últimos cinco anos estão suscetíveis a uma vulnerabilidade batizada de CSME, que, por meio de acesso físico, permitiria que um atacante sem autenticação aumentasse seus privilégios de acesso ao sistema para acessar informações que não deveria. Novamente, trata-se de uma exploração que exige manipulação direta de um terminal, mas também é uma que não pode ser corrigida por patches, já que se encontra em elementos codificados na boot ROM do componente.

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