Qué son los transistores y cómo funcionan en procesadores y GPUs

Qué son los transistores y cómo funcionan en procesadores y GPUs

Rodrigo Alonso

Todos sabemos que tanto los procesadores (CPU) como las GPUs de las tarjetas gráficas están fabricadas utilizando transistores. Pero, ¿sabes qué es un transistor y cómo funciona? Te sorprendería, y en este artículo vamos a explicártelo con todo lujo de detalles.

En este momento los procesadores tienen literalmente millones de transistores en su interior; para que os hagáis una idea de la magnitud, un procesador AMD Epyc Rome cuenta con 39.540.000.000 transitores en su interior, cada uno de ellos realizando sus funciones.

¿Qué es un transistor y cómo funciona?

Desarrollados por John Bardeen, Walter Brattain y William Shockey en los laboratorios Bell el 23 de Diciembre de 1947, los transistores significan en realidad «transfer resistance» por sus propiedades. Se trata de un elemento eléctrico fabricado con semiconductores que es capaz de alterar el flujo de corriente para dejar pasarla o no, representando los unos y los ceros del sistema binario.

La mayoría de transistores incluye tres puntos de conexión (también llamados terminales), que pueden conectarse a otros transistores o componentes eléctricos. Al modificar la intensidad de corriente que circula entre el primer y segundo terminal de un transistor, la corriente entre el segundo y el tercero cambia, permitiendo que el transistor actúe como un interruptor de encendido y apagado. Esto es lo que se conoce como «puertas lógicas».

Dado que los ordenadores trabajan en sistema binario, estos estados de «encendido» y «apagado» de los transistores sirven para representar los unos y los ceros del sistema binario.

Así, en un procesador o GPU se introducen millones de transistores de tamaño diminuto unidos entre sí, que trabajando en conjunto permiten que el procesador pueda realizar millones de operaciones cada ciclo de reloj. Conceptualmente, un procesador no es mas que una enorme fábrica con millones de interruptores.

Qué tipos de transistores hay

Inicialmente, los procesadores más antiguos utilizaban transistores con tecnología CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), que es un tipo de proceso de fabricación MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), pero actualmente ya están casi en desuso, al menos en los PCs que conocemos a día de hoy.

Por eso los procesadores más modernos utilizan transistores FinFET (Fin Field Effect Transistor) que seguro que os sonarán más. También son MOSFETs, pero a diferencia de los CMOS se fabrican sobre sustratos, lo que permite que un solo transistor tenga varias puertas lógicas, aumentando así muchísimo la eficiencia de cada uno de ellos. Por cierto, que se conocen así (Finfets) porque las regiones que forman parecen láminas (fins), como se puede ver en la imagen de más arriba.

FinFET es un tipo de transistor 3D, y es el componente más básico de la fabricación de dispositivos nanoeléctricos con semiconductores desde que empezaron a utilizarse en la primera mitad del año 2010. Desde los nodos a 14 nm, los transistores FinFET son los únicos que se utilizan ya.