How big is Puerta de transistor?

Una puerta de transistor es la parte de un transistor que lo enciende y lo apaga, al controlar el flujo de electrones entre otras dos partes llamadas fuente y drenador. En los chips de la generación conocida como «5 nanómetros», cada puerta mide entre 18 y 20 nanómetros de longitud, medidos a lo largo del camino que va de la fuente al drenador. Un nanómetro es una milmillonésima de metro. Ese nombre no es una medida de la puerta.

Tamaño

La longitud de una puerta es el espacio entre la fuente y el drenador de un transistor, sobre el que se sitúa la puerta. Históricamente, una puerta más corta significaba un transistor que conmutaba más rápido. Los fabricantes de chips no se ponen de acuerdo sobre cómo nombrar sus generaciones. La Hoja de ruta internacional para dispositivos y sistemas (IRDS, por sus siglas en inglés), publicada por la organización de ingeniería IEEE, pronostica las dimensiones típicas para toda la industria.

La IRDS recoge la generación de «5 nanómetros», en producción desde 2020, con puertas de 18 nanómetros de longitud en sus circuitos más rápidos y de 20 nanómetros en los más densamente empaquetados. Las puertas contiguas están separadas por 48 nanómetros. Los transistores se construyen sobre aletas finas 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 puertas más cortas. La IRDS da entre 16 y 18 nanómetros para la generación de «3 nanómetros» de 2022 y 14 nanómetros para la de «2 nanómetros» de 2025. Prevé que la longitud de las puertas deje de reducirse en torno a los 12 nanómetros.

Comparaciones de tamaño

Una puerta de 18 nanómetros mide más o menos lo mismo que el ancho de un circovirus porcino, uno de los virus más pequeños conocidos a fecha de 2026.
Las puertas contiguas están separadas por 48 nanómetros, algo más que el ancho de un virus de la hepatitis B.
Un nanómetro es apenas el ancho de cinco átomos de silicio, así que una puerta de 18 nanómetros abarca unos 90.
Entre unas 4 000 y 5 600 puertas, colocadas de extremo a extremo, abarcarían el grosor de un cabello humano, cuyo ancho es de 80 000 a 100 000 nanómetros.
Con un aumento de diez millones de veces, cada puerta mediría entre 18 y 20 centímetros de largo, y un cabello humano tendría entre 800 y 1 000 metros de ancho.

Por qué los nombres de los chips dejaron de corresponderse

Hasta mediados de la década de 1990, el nombre de una generación de chips era la longitud de su puerta. La separación del cableado metálico del chip, medida como la mitad de la distancia entre un cable y el siguiente, era aproximadamente el mismo número. Después, los fabricantes empezaron a reducir las puertas más rápido que todo lo demás, pero mantuvieron el esquema de nombres antiguo.

Los transistores de la generación de «130 nanómetros» tenían puertas de 70 nanómetros de longitud. Cuando Intel pasó a los transistores en forma de aleta para su generación de «22 nanómetros» en 2011, las puertas medían 26 nanómetros de longitud.

El número de la generación «para entonces no tenía absolutamente ningún significado», dijo Paolo Gargini a IEEE Spectrum en 2020. Gargini dirigió la Hoja de ruta tecnológica internacional para semiconductores, la previsión que precedió a la IRDS. Ahora la IRDS escribe los nombres de las generaciones entre comillas. En su lugar, propone nombrar cada una por la separación entre sus puertas y la separación entre sus cables: la generación de «5 nanómetros» sería G48M36.

Puertas en el laboratorio

Se han construido transistores de investigación con puertas mucho más cortas. En 2016, un equipo fabricó un transistor de disulfuro de molibdeno con una puerta de 1 nanómetro de longitud, usando un único nanotubo de carbono como puerta. En 2017, otro equipo construyó transistores de nanotubos de carbono con puertas de 5 nanómetros que rindieron mejor que los transistores de silicio del mismo tamaño. Los investigadores prevén que los transistores de silicio dejarán de funcionar bien si se reducen por debajo de los 5 nanómetros de longitud de puerta.