How big is Transistori paisk?

Transistori paisk on transistori osa, mis lülitab transistori sisse ja välja, juhtides elektronide voolu kahe teise osa vahel; neid osi nimetatakse allikaks ja neeluks. „5 nanomeetri“ põlvkonnana tuntud kiipides on iga paisu pikkus 18–20 nanomeetrit, mõõdetuna allikast neeluni kulgeval teel. Nanomeeter on meetri miljardik. See nimi ei ole paisu mõõt.

Suurus

Paisu pikkus on vahemaa transistori allika ja neelu vahel, mille kohal paisk asub. Varem tähendas lühem paisk kiiremini lülituvat transistori. Kiibitootjad ei ole omavahel kokku leppinud, kuidas oma põlvkondi nimetada. Rahvusvaheline seadmete ja süsteemide teekaart (International Roadmap for Devices and Systems, IRDS), mille annab välja inseneriorganisatsioon IEEE, prognoosib kogu tööstuse tüüpilisi mõõtmeid.

IRDS-i andmetel on „5 nanomeetri“ põlvkonnas, mis on tootmises alates 2020. aastast, paisu pikkus kiireimates vooluringides 18 nanomeetrit ja kõige tihedamalt pakitud vooluringides 20 nanomeetrit. Naaberpaisud asuvad teineteisest 48 nanomeetri kaugusel. Transistorid on ehitatud õhukestele ränist uimedele, mis on 7 nanomeetrit laiad ja 50 nanomeetrit kõrged. Ükski neist mõõtmetest ei ole nii väike kui 5 nanomeetrit.

Hilisematel põlvkondadel on paisud lühemad. 2022. aasta „3 nanomeetri“ põlvkonna kohta annab IRDS 16–18 nanomeetrit ja 2025. aasta „2 nanomeetri“ põlvkonna kohta 14 nanomeetrit. IRDS eeldab, et paisu pikkus lakkab kahanemast umbes 12 nanomeetri juures.

Suuruste võrdlused

18 nanomeetri pikkune paisk on umbes sigade tsirkoviiruse laiune. See viirus on 2026. aasta seisuga üks väikseimaid teadaolevaid viirusi.
Naaberpaisud on teineteisest 48 nanomeetri kaugusel, veidi rohkem kui B-hepatiidi viiruse laius.
Üks nanomeeter on napilt viie räniaatomi laiune, nii et 18 nanomeetri pikkune paisk on umbes 90 räniaatomi pikkune.
Umbes 4 000–5 600 paisku, otsakuti ritta pandud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni; juuksekarv on 80 000–100 000 nanomeetrit lai.
Kümme miljonit korda suurendatuna oleks iga paisk 18–20 sentimeetrit pikk ja inimese juuksekarv 800–1 000 meetrit lai.

Miks kiipide nimed enam mõõtudega ei kattu

Kuni 1990. aastate keskpaigani oli kiibipõlvkonna nimi selle paisu pikkus. Kiibi metallist juhtmestiku vahe, mõõdetuna poolena vahemaast ühest juhtmest järgmiseni, oli umbes sama arv. Seejärel hakkasid kiibitootjad paisusid kahandama kiiremini kui kõike muud, säilitades samal ajal vana nimetamisviisi.

„130 nanomeetri“ põlvkonna transistoride paisud olid 70 nanomeetrit pikad. Kui Intel läks 2011. aastal oma „22 nanomeetri“ põlvkonnas üle uimekujulistele transistoridele, olid paisud 26 nanomeetrit pikad.

Põlvkonna numbril „polnud selleks ajaks enam absoluutselt mingit tähendust“, ütles Paolo Gargini 2020. aastal väljaandele IEEE Spectrum. Gargini juhtis pooljuhtide rahvusvahelist tehnoloogiateekaarti (International Technology Roadmap for Semiconductors), mis oli IRDS-i eelkäija. IRDS kirjutab põlvkondade nimed nüüd jutumärkidesse. Selle asemel pakub IRDS nimetada iga põlvkonda paisuvahe ja juhtmevahe järgi: „5 nanomeetri“ põlvkond oleks G48M36.

Paisud laboris

Uurimistöö käigus on ehitatud transistore palju lühemate paisudega. 2016. aastal valmistas üks töörühm molübdeendisulfiidist transistori, mille paisu pikkus oli 1 nanomeeter, kasutades paisuna ühte süsiniknanotoru. 2017. aastal ehitas teine töörühm 5 nanomeetri pikkuste paisudega süsiniknanotorutransistore, mis toimisid paremini kui samas suuruses ränitransistorid. Teadlased ennustavad, et ränitransistorid lakkavad kahandamisel korralikult töötamast, kui paisu pikkus on alla 5 nanomeetri.