How big is Porta do transistor?

A porta do transistor é a parte do transistor que o liga e desliga, controlando o fluxo de elétrons entre duas outras partes chamadas fonte e dreno. Em chips da geração conhecida como "5 nanômetros", cada porta tem de 18 a 20 nanômetros de comprimento, medidos ao longo do caminho entre a fonte e o dreno. Um nanômetro é um bilionésimo de metro. Esse nome não é uma medida da porta.

Tamanho

O comprimento de uma porta é o vão entre a fonte e o dreno de um transistor, sobre o qual a porta se posiciona. Historicamente, uma porta mais curta significava um transistor que comutava mais rápido. Os fabricantes de chips não concordam sobre como nomear suas gerações. O International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), publicado pela organização de engenharia IEEE, prevê as dimensões típicas para toda a indústria.

O IRDS lista a geração "5 nanômetros", em produção desde 2020, com portas de 18 nanômetros de comprimento nos circuitos mais rápidos dessa geração e de 20 nanômetros nos mais compactos. Portas vizinhas ficam a 48 nanômetros de distância umas das outras. Os transistores são construídos sobre finas aletas de silício com 7 nanômetros de largura e 50 nanômetros de altura. Nenhuma dessas dimensões é tão pequena quanto 5 nanômetros.

Gerações posteriores têm portas mais curtas. O IRDS indica de 16 a 18 nanômetros para a geração "3 nanômetros" de 2022 e 14 nanômetros para a geração "2 nanômetros" de 2025. A previsão é que o comprimento das portas pare de diminuir em cerca de 12 nanômetros.

Comparações de tamanho

Uma porta de 18 nanômetros tem aproximadamente o mesmo comprimento da largura de um circovírus suíno, que é, até onde se sabe, em 2026, um dos menores vírus conhecidos.
Portas vizinhas ficam a 48 nanômetros uma da outra, pouco mais do que a largura de um vírus da hepatite B.
Um nanômetro mal chega à largura de cinco átomos de silício, de modo que uma porta de 18 nanômetros abrange cerca de 90 deles.
Entre cerca de 4.000 e 5.600 portas, colocadas ponta a ponta, cobririam a largura de um cabelo humano, que tem de 80.000 a 100.000 nanômetros de largura.
Ampliada dez milhões de vezes, cada porta teria de 18 a 20 centímetros de comprimento, e um cabelo humano teria de 800 a 1.000 metros de largura.

Por que os nomes dos chips deixaram de corresponder à realidade

Até meados da década de 1990, o nome de uma geração de chips era o comprimento de sua porta. O espaçamento da fiação metálica do chip, medido como metade da distância entre um fio e o próximo, era aproximadamente o mesmo número. Depois, os fabricantes passaram a reduzir as portas mais rápido do que tudo o mais, mantendo o antigo padrão de nomenclatura.

Os transistores da geração "130 nanômetros" tinham portas de 70 nanômetros de comprimento. Quando a Intel passou a usar transistores em forma de aleta em sua geração "22 nanômetros", em 2011, as portas tinham 26 nanômetros de comprimento.

O número da geração "já não tinha absolutamente nenhum significado", disse Paolo Gargini à IEEE Spectrum em 2020. Gargini liderou o International Technology Roadmap for Semiconductors, a previsão que precedeu o IRDS. Hoje, o IRDS imprime os nomes das gerações entre aspas. Em vez disso, propõe nomear cada uma pelo espaçamento das portas e da fiação: a geração "5 nanômetros" seria G48M36.

Portas de laboratório

Transistores de pesquisa já foram construídos com portas muito mais curtas. Em 2016, uma equipe fez um transistor de dissulfeto de molibdênio com uma porta de 1 nanômetro de comprimento, usando um único nanotubo de carbono como porta. Em 2017, outra equipe construiu transistores de nanotubo de carbono com portas de 5 nanômetros que tiveram desempenho melhor que o de transistores de silício do mesmo tamanho. Pesquisadores preveem que, ao serem reduzidos a portas com menos de 5 nanômetros de comprimento, os transistores de silício deixarão de funcionar corretamente.