El mundo camina sobre las 3 patas de un transistor

Explica, Francisco Acuña, Presales Solution Expert

6 min readFeb 28, 2024

Si le preguntamos a alguien hoy, ¿cuál creen que es el invento que más ha revolucionado la forma de vida de las personas? Nos podrían mencionar muchas cosas, como la rueda, la imprenta, el motor a combustión, etc. pero pocos se darían cuenta de que seguramente en sus bolsillos poseen millones de copias de ese invento tan revolucionario, el transistor.

Algo de historia

En 1904 se inventaron los tubos de vacío y rápidamente se convirtieron en la base de la electrónica a principios de siglo. Estos dispositivos, que funcionaban controlando el movimiento de los electrones en un espacio vacío, fueron fundamentales para el desarrollo de tecnologías como la radio, televisión, el radar y las computadoras.

Las primeras radios estéreo poseían entre 3 a 5 tubos de vacío y eran bastante grandes y pesados, y en los televisores de antaño se utilizaban para generar imágenes con tubos de rayos catódicos (CRT), que emitían un haz de electrones que impactaban en una pantalla de fósforo, creando una imagen.

También, se utilizaron en las primeras computadoras analógicas para realizar cálculos complejos y operaciones lógicas. Sin embargo, tenían una serie de limitaciones, como su tamaño, consumo de energía y tiempo, ya que debían calentarse para comenzar a funcionar, y también su fiabilidad.

Es muy curioso que continuamente escuchamos hablar de genios como Nikola Tesla o Thomas Edison, pero en 1947, tres científicos, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley inventaron uno de los dispositivos más importantes de la era moderna, el transistor, un dispositivo semiconductor que podía realizar las mismas funciones que los tubos de vacío pero mucho más pequeños y con un consumo de energía mucho menor.

Este invento tuvo un impacto revolucionario en la electrónica. Los transistores permitieron la miniaturización de los circuitos electrónicos, lo que abrió la puerta al desarrollo de nuevos dispositivos, como las computadoras personales y los teléfonos móviles.

¿Qué es un transistor?

Es un pequeño dispositivo de 3 patitas que, básicamente, cumple la función de un amplificador o switch, el cual cierra y abre el paso de corriente en un circuito electrónico, pero de forma automática, y esto permite que pueda ser muy rápido, y que, principalmente al poder encenderlo o apagarlo sin intervención humana puede hacer esa tarea increíblemente rápido.

Además, podemos interpretar el paso de corriente con un 1 y el no paso de corriente con un 0, por tanto, podemos comunicar instrucciones a un circuito en un lenguaje binario, el lenguaje de la informática actual.

¿Cómo funcionan?

Existen principalmente de dos tipos: PNP y NPN, y están compuestos de un material semiconductor. Los electrones se mueven libremente en materiales conductores como el cobre; sin embargo, en los materiales no conductores, los electrones no pueden moverse, por otra parte, los materiales semiconductores pueden conducir electricidad en ciertas condiciones, y para esto, materiales como el silicio, que es un semiconductor, puede ser dopado con otras sustancias que le permiten conducir los electrones simplemente aplicando un pequeño voltaje.

Transición al transistor

La transición de los tubos de vacío a los transistores se produjo gradualmente en la década de 1960. Los primeros transistores eran grandes y caros, pero su tamaño y coste se redujeron rápidamente. En la década de 1970, los transistores habían sustituido por completo a los tubos de vacío en la mayoría de las aplicaciones.

Hoy en día, los transistores son la base de la electrónica moderna. Se utilizan en todos los dispositivos electrónicos, desde los teléfonos móviles, hasta los computadores y los vehículos autónomos. Sin embargo, los tubos de vacío siguen siendo utilizados en algunas aplicaciones, como los amplificadores de audio de alta fidelidad.

En la década de 1960, los transistores se fabricaban con tamaños de alrededor de 10 micrómetros (μm).
En la década de 1980, su tamaño se redujo a 3,5 μm.
En la década de 1990, su tamaño se redujo a 800 nanómetros (nm).
Los transistores actuales tienen tamaños de alrededor de 300 nanómetros (nm). Esto es aproximadamente 100 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano, y los más microscópicos que se han creado pueden llegar a ser más pequeños que un virus, con unos 22nm.

Los transistores son los componentes básicos de los procesadores, los chips que hacen funcionar los computadores y otros dispositivos electrónicos. Se utilizan para realizar operaciones lógicas y aritméticas, que son la base de todo el procesamiento de datos.

En un procesador, los transistores se organizan en circuitos integrados, que son pequeñas placas de silicio que contienen millones o incluso miles de millones de transistores. Estos circuitos integrados se diseñan para realizar tareas específicas, como la ejecución de instrucciones o el almacenamiento de datos.

El número de transistores que contiene un procesador es un indicador de su potencia y rendimiento. Los procesadores modernos contienen miles de millones de transistores, lo que les permite realizar cálculos mucho más complejos que los procesadores de hace unos años.

La miniaturización de los transistores ha permitido la creación de dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y potentes. Son ahora la base de todos los dispositivos electrónicos modernos, desde los teléfonos móviles hasta los computadores y los vehículos autónomos. Según la ley de Moore, esa miniaturización se duplicaría cada 2 años aprox. y permitirá poner cada vez más transistores en un procesador, y hasta la fecha se ha cumplido. Pero hay un límite.

Límite atómico

El límite atómico es el tamaño más pequeño al que se puede reducir un transistor, sin que los efectos cuánticos interfieran con su funcionamiento. Los efectos cuánticos son fenómenos que se producen a escalas muy pequeñas, como a nivel atómico. Estos fenómenos pueden provocar que los transistores funcionen de forma impredecible, lo que podría reducir su rendimiento y fiabilidad.

Para reducir el tamaño de los transistores aún más, los científicos están trabajando en el desarrollo de nuevos materiales y procesos de fabricación.

Según los expertos, el límite atómico de los transistores se sitúa en torno a 1 nanómetro (nm). Esto equivale a unas 4 veces el tamaño del núcleo de un átomo de silicio. Sin embargo, algunos científicos creen que es posible crear transistores aún más pequeños, de alrededor de 0,7 nm, algo bastante difícil actualmente.

Si los científicos logran crear transistores de 1 nm, se abrirán nuevas posibilidades para la electrónica. Los transistores de este tamaño podrían permitir la creación de dispositivos electrónicos mucho más potentes y eficientes. Sin embargo, también plantearían nuevos desafíos, como la seguridad y la fiabilidad.

El límite atómico de los transistores es un tema complejo que aún no está del todo claro. Los científicos están trabajando en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan generar transistores aún más pequeños y eficientes.

Transición al Qbit

La computación cuántica podría ser la solución a este problema. Utiliza los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos de una forma mucho más eficiente que los computadores tradicionales.

Las computadoras cuánticas podrían utilizar qubits, que son partículas cuánticas que pueden representar dos estados a la vez. Esto les permitiría realizar cálculos mucho más complejos que los computadores tradicionales, sin necesidad de transistores, y nos olvidaríamos del lenguaje binario, donde seguramente tendríamos que generar nuevas formas de codificar y comunicarnos con esta nueva generación de máquinas.

Si los computadores cuánticos se desarrollan con éxito, podrían reemplazar a los transistores en los procesadores. Esto permitiría crear computadores mucho más potentes y eficientes, que podrían revolucionar la informática completamente.

Sin embargo, la computación cuántica todavía está en sus primeras etapas de desarrollo y es posible que no sea posible crear computadores cuánticos prácticos durante muchos años.

En conclusión, la computación cuántica podría ser la muerte de los transistores en los procesadores en un futuro. Pero es un interesante tema que podemos abordar en un próximo artículo.

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