How big is Compuerta de transistor?

La compuerta de un transistor es la parte que lo enciende y lo apaga al controlar el flujo de electrones entre otras dos partes, llamadas fuente y drenaje. En los chips de la generación conocida como "5 nanómetros", cada compuerta mide de 18 a 20 nanómetros de largo en la dirección que va de la fuente al drenaje. Un nanómetro es una milmillonésima de metro. Ese nombre no es una medida de la compuerta.

Tamaño

La longitud de una compuerta es la separación entre la fuente y el drenaje del transistor, y la compuerta está colocada encima de esa separación. Históricamente, una compuerta más corta significaba un transistor que se encendía y se apagaba más rápido. Los fabricantes de chips no se ponen de acuerdo en cómo nombrar sus generaciones. La Hoja de Ruta Internacional para Dispositivos y Sistemas (IRDS, por sus siglas en inglés), que publica la organización de ingeniería IEEE, pronostica las dimensiones típicas de toda la industria.

Según la IRDS, la generación "5 nanómetros", que se produce desde 2020, tiene compuertas de 18 nanómetros de largo en sus circuitos más rápidos y de 20 nanómetros en los más compactos. Las compuertas vecinas están a 48 nanómetros una de otra. Los transistores se construyen sobre delgadas aletas de silicio de 7 nanómetros de ancho y 50 nanómetros de alto. Ninguna de estas dimensiones es tan pequeña como 5 nanómetros.

Las generaciones posteriores tienen compuertas más cortas. La IRDS indica de 16 a 18 nanómetros para la generación "3 nanómetros", de 2022, y 14 nanómetros para la generación "2 nanómetros", de 2025. Prevé que las compuertas dejen de acortarse cuando midan unos 12 nanómetros.

Comparaciones de tamaño

El largo de una compuerta de 18 nanómetros es más o menos el ancho de un circovirus porcino, uno de los virus más pequeños conocidos hasta 2026.
Las compuertas vecinas están a 48 nanómetros una de otra, un poco más que el ancho de un virus de la hepatitis B.
Un nanómetro equivale apenas al ancho de cinco átomos de silicio, así que una compuerta de 18 nanómetros abarca unos 90 átomos.
Entre unas 4,000 y 5,600 compuertas colocadas una detrás de otra cubrirían el ancho de un cabello humano, que mide de 80,000 a 100,000 nanómetros.
Si todo se ampliara diez millones de veces, cada compuerta mediría de 18 a 20 centímetros de largo, y un cabello humano tendría de 800 a 1,000 metros de ancho.

Por qué los nombres de los chips dejaron de coincidir

Hasta mediados de la década de 1990, el nombre de una generación de chips era la longitud de su compuerta. La separación del cableado metálico del chip, medida como la mitad de la distancia entre un cable y el siguiente, era más o menos el mismo número. Después, los fabricantes empezaron a reducir las compuertas más rápido que todo lo demás, pero siguieron nombrando las generaciones igual que antes.

Los transistores de la generación "130 nanómetros" tenían compuertas de 70 nanómetros de largo. Cuando Intel pasó a transistores con forma de aleta en su generación "22 nanómetros", en 2011, las compuertas medían 26 nanómetros de largo.

El número de la generación "para entonces ya no tenía absolutamente ningún significado", dijo Paolo Gargini a la revista IEEE Spectrum en 2020. Gargini dirigió la Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores, el pronóstico que antecedió a la IRDS. Hoy la IRDS escribe los nombres de las generaciones entre comillas. Propone cambiar esos nombres por otros basados en la separación entre las compuertas y entre los cables de cada generación: la generación "5 nanómetros" se llamaría G48M36.

Compuertas en el laboratorio

En los laboratorios de investigación se han construido transistores con compuertas mucho más cortas. En 2016, un equipo fabricó un transistor de disulfuro de molibdeno cuya compuerta, de 1 nanómetro de largo, era un solo nanotubo de carbono. En 2017, otro equipo construyó transistores de nanotubos de carbono con compuertas de 5 nanómetros que funcionaban mejor que los transistores de silicio del mismo tamaño. Se prevé que reducir los transistores de silicio deje de dar resultado con compuertas de menos de 5 nanómetros.