Por Roberto S. Murphy Arteaga
Lo que hasta hace pocos años era ciencia ficción, es ahora parte cotidiana de nuestra experiencia diaria: tenemos acceso a la red global de computadoras usando un dispositivo que nos cabe en la palma de la mano; en el mismo aparato, podemos ver películas, oír música, leer correos electrónicos y, por si fuera poco, hablar por teléfono.
También disponemos de vehículos que se mueven sin conductor, pantallas de muy alta definición, equipo médico muy sofisticado y preciso, juegos de realidad aumentada que nos llevan a otras experiencias, computadoras capaces de hacer cálculos muy extensos, aviones muy seguros… La lista aumentaría aún más, pero ya podemos identificar el factor común en todos estos dispositivos y aplicaciones: la electrónica.
Es posible señalar como fecha de nacimiento de la electrónica el año 1904, gracias a la invención del tubo de vacío o bulbo por Lee de Forest; este dispositivo permitió el control de los electrones, que ya habían sido descubiertos en 1897 por J. J. Thomson. Dicho bulbo fue un diodo que rápidamente evolucionó al triodo, tetrodo y pentodo que se convirtieron en la base de la radio, la televisión y las primeras computadoras. Sin embargo, estos tubos de vacío consumían mucha potencia, generaban mucho calor, eran voluminosos y poco confiables, ya que se fundían después de unas cuantas horas de servicio. Posiblemente, el ejemplo más impactante del uso de bulbos fue la computadora ENIAC que empezó a funcionar en diciembre de 1945; la misma tenía 18 mil bulbos, cada uno consumiendo 10 watts, esto es, ¡180 mil watts! Y ocupaba 167 metros cuadrados, hoy en día, un espacio muy grande.
Es por lo anterior, que la electrónica que conocemos hoy en día se debe al descubrimiento del efecto transistor por tres científicos de los laboratorios Bell de los Estados Unidos, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley el 23 de diciembre de 1947, lo que les mereció el Premio Nobel de Física en 1956. El transistor bipolar, como lo llamaron, reemplazó rápidamente a los bulbos y, con el desarrollo del circuito integrado por Robert Noyce y Jack Kilby a finales de la década de 1950, se pudieron hacer circuitos electrónicos más pequeños, con menor consumo de potencia, con menos disipación de calor, y con más y más funciones.
El circuito integrado también evolucionó rápidamente, incluyendo otro tipo de transistores como el transistor de efecto de campo (FET, del inglés field-effect transistor), usado hoy en día para diseñar circuitos de muy bajo consumo de potencia, los que se necesitan para aplicaciones portátiles para las cuales la batería nos debe de durar varias horas.
La tecnología de fabricación de circuitos integrados también ha avanzado a pasos agigantados en sus seis décadas de existencia.
Hoy en día, se pueden fabricar transistores con tamaños de cinco nanómetros; para darnos una idea, el diámetro de un cabello humano muy delgado es de 50 micrómetros, y cinco nanómetros representan una diezmilésima de esta medida; es decir, podríamos poner 10 mil estructuras de 5 nanómetros en hilera a lo largo del diámetro de este cabello. Esta evolución también ha permitido incluir un número cada vez mayor de transistores, diodos, resistencias, capacitores e inductores en el circuito integrado; mientras más se tengan, más funciones se pueden llevar a cabo y, como todos están en un solo bloque de silicio de unos cuantos milímetros por lado, la velocidad de procesamiento puede ser muy alta.
El caso reciente más ilustrativo es la microprocesadora M1 de Apple, la base para muchos de sus dispositivos modernos; su primera versión salió al mercado en 2020: un circuito integrado con 16 mil millones de transistores (somos cerca de ocho mil millones de humanos; este pequeño circuito tiene dos transistores por cada persona). Pero no se quedó allí; a finales de 2021, Apple anunció la M1 Ultra, con 114 mil millones de transistores.
Los dispositivos que usamos todos los días tienen millones, algunos miles de millones de transistores, lo que nos permite hacer todo lo que hacemos gracias a los primeros sin dedicarles mucho tiempo a saber cómo lo hacen: tenemos mensajes, chats, enviamos fotos, bajamos videos, vemos televisión, hablamos por teléfono desde casi cualquier y hacia casi cualquier lugar del mundo, todo gracias a la evolución del circuito integrado.
Indudablemente, el circuito integrado se debe a la invención del transistor bipolar hace 75 años, por lo que este año estamos celebrando con mucho orgullo y agradecimiento este importante evento en la vida del planeta. Sin duda, como la invención de la rueda en algún otro tiempo, el transistor pasará a la historia como uno de los más importantes desarrollos del ser humano.
Referencias
[1] https://www.diariodesevilla.es/efemerides/Efemerides-2-octubre_0_1390061301.html
[2] https://www.computerhistory.org/revolution/digital-logic/12/273
Autor
El doctor Roberto S. Murphy Arteaga (murphy@inaoe.mx) es investigador Titular “C” en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), donde trabaja desde 1988 asociado a la Coordinación de Electrónica. Su campo de interés se enfoca en la electrónica de altas frecuencias, especialmente, en la física, modelado y caracterización de dispositivos para aplicaciones en comunicaciones inalámbricas. Actualmente, es jefe del Departamento de Electrónica. Posee el Nivel 2 en el Sistema Nacional de Investigadores; es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, de la European Microwave Association, y es Senior Member del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), asociación profesional de la cual es también “Conferencista Distinguido” para la Sociedad de Dispositivos Electrónicos (EDS).
Contacto: Monserrat Flores, en el correo mfloresp@inaoep.mx
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