En transistorgrind är den del av en transistor som slår på och av den, genom att styra flödet av elektroner mellan två andra delar som kallas source och drain. I chip av den generation som kallas ”5 nanometer” är varje grind 18–20 nanometer lång, mätt längs vägen från source till drain. En nanometer är en miljarddel av en meter. Det namnet är inte ett mått på grinden.

Storlek

En grinds längd är avståndet mellan en transistors source och drain, som grinden sitter över. Tidigare innebar en kortare grind att transistorn slog på och av snabbare. Chiptillverkarna är inte överens om hur de ska namnge sina generationer. International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), som ges ut av ingenjörsorganisationen IEEE, gör prognoser för typiska mått i hela branschen.

IRDS anger generationen ”5 nanometer”, i produktion från 2020, med grindar som är 18 nanometer långa i de snabbaste kretsarna och 20 nanometer i de tätast packade. Intilliggande grindar sitter 48 nanometer från varandra. Transistorerna är byggda på tunna kiselfenor som är 7 nanometer breda och 50 nanometer höga. Inget av dessa mått är så litet som 5 nanometer.

Senare generationer har kortare grindar. IRDS anger 16–18 nanometer för generationen ”3 nanometer” från 2022 och 14 nanometer för generationen ”2 nanometer” från 2025. IRDS förväntar sig att grindlängderna slutar bli kortare vid omkring 12 nanometer.

Storleksjämförelser

• En grind som är 18 nanometer lång är ungefär lika lång som bredden av ett porcint circovirus, ett av de minsta kända virusen år 2026.
• Intilliggande grindar sitter 48 nanometer från varandra, något mer än bredden av ett hepatit B-virus.
• En nanometer är knappt bredden av fem kiselatomer, så en grind på 18 nanometer spänner över cirka 90 av dem.
• Mellan cirka 4 000 och 5 600 grindar, lagda ände mot ände, skulle sträcka sig över bredden av ett människohår, som är 80 000–100 000 nanometer brett.
• Om grindarna förstorades tio miljoner gånger, skulle varje grind vara 18–20 centimeter lång, och ett människohår skulle vara 800–1 000 meter brett.

Varför chipnamnen slutade stämma

Fram till mitten av 1990-talet var namnet på en chipgeneration detsamma som grindlängden. Avståndet mellan chipets metalledningar, mätt som halva avståndet från en ledning till nästa, var ungefär samma tal. Sedan började chiptillverkarna göra grindarna kortare snabbare än allt annat, samtidigt som de behöll det gamla namnmönstret.

Transistorer i generationen ”130 nanometer” hade grindar som var 70 nanometer långa. När Intel gick över till finformade transistorer för sin generation ”22 nanometer” år 2011 var grindarna 26 nanometer långa.

Generationstalet ”hade då absolut ingen betydelse”, sa Paolo Gargini till IEEE Spectrum år 2020. Gargini ledde International Technology Roadmap for Semiconductors, den prognos som kom före IRDS. IRDS sätter nu generationsnamnen inom citattecken. IRDS föreslår att varje generation i stället ska namnges efter avståndet mellan grindarna och avståndet mellan ledningarna: generationen ”5 nanometer” skulle heta G48M36.

Grindar i laboratoriet

Transistorer för forskning har byggts med mycket kortare grindar. År 2016 tillverkade ett forskarlag en transistor av molybdendisulfid med en grind som var 1 nanometer lång, med ett enda kolnanorör som grind. År 2017 byggde ett annat lag transistorer av kolnanorör med grindar på 5 nanometer, som presterade bättre än kiseltransistorer av samma storlek. Forskare förutspår att kiseltransistorer som görs allt mindre slutar fungera som de ska vid grindlängder under 5 nanometer.

Källor

• International Roadmap for Devices and Systems 2020 Edition: More Moore. IEEE, 2020.
• International Roadmap for Devices and Systems 2022 Edition: More Moore. IEEE, 2022.
• A Better Way to Measure Progress in Semiconductors. Samuel K. Moore, IEEE Spectrum, 2020.
• MoS2 Transistors with 1-Nanometer Gate Lengths. Desai et al., Science, 2016.
• Scaling Carbon Nanotube Complementary Transistors to 5-nm Gate Lengths. Qiu et al., Science, 2017.
• Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
• Hepatitis B Virus Biology. Seeger and Mason, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2000.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.