¿Sabías que el transistor es uno de los inventos más importantes de la historia de la humanidad? Habrá quienes digan que no, pero gracias a este invento, se crearon los microchips y se masificaron las computadoras, se impulsaron los viajes espaciales, llegó internet, los smartphones, la inteligencia artificial y mucho más. Te contamos los detalles en este artículo, porque en español, #NadieExplicaMejor que EDteam.
1. El álgebra de Boole y el bit
Para entender por qué es tan importante debemos viajar mentalmente a mediados del siglo XIX, al año 1854, hace 170 años, cuando el matemático británico George Boole publicó su libro An investigation of laws of thought (En español: Una investigación de las leyes del pensamiento). En este libro, Boole plantea que nuestros pensamientos siguen una lógica que puede explicarse con fórmulas matemáticas cuyos resultados son sí o no y cuyos operadores son and (y), or (o) y not (no).
Como ejemplo, vamos a analizar la siguiente oración:
Si tengo pan y tengo jamón, puedo preparar un sandwich.
Este es un ejemplo de álgebra booleana, porque si ambas condiciones son verdaderas (tengo pan y tengo jamón) el resultado también es verdadero. Pero si solo una de las condiciones es falsa, el resultado será falso.
Noventa años después de esta teoría, en 1937, Claude Shannon propone que el álgebra booleana, que para entonces solo se usaba en matemática y lógica, también puede aplicarse en circuitos eléctricos usando interruptores, donde encendido sería igual a verdadero (o uno) y apagado a falso (o cero). Esto lo propone en su tesis doctoral: A symbolic analysis of relay and switching circuits (Un análisis simbólico de relés y circuitos de conmutación) que es uno de los artículos científicos más importantes de la historia de la computación, porque a partir de él los interruptores fueron la base de las computadoras, se desarrolló el concepto de puertas lógicas y fue Claude Shannon quien inventó él terminó bit, para referirse a la mínima unidad de información que puede ser uno o cero.
2. La búsqueda del transistor
¿Pero qué interruptores se podían usar en una computadora? Obvio que no los que usas para prender las luces de tu casa, se usaron relés o interruptores electromecánicos y luego tubos de vacío que eran más veloces y silenciosos.
Por ejemplo, en 1946 se lanzó la primera computadora: el ENIAC, que usaba 17 mil tubos de vacío, mil quinientos relés, pesaba 27 toneladas, medía 30 metros de largo y podía realizar hasta cinco mil operaciones por segundo. Como dato, una laptop con el procesador M1 de Apple es 500 millones de veces más poderosa que el ENIAC. Y como habrás adivinado, el ENIAC (y otras computadoras de su tiempo) le debía su gigantesco tamaño a los interruptores que usaba.
Si tan solo se pudieran crear interruptores más pequeños, que no se sobrecalienten ni que se rompan, podríamos crear computadoras más pequeñas y poderosas.
Eso fue lo que se propuso William Shockley cuando en 1945, terminada la Segunda Guerra Mundial, se unió a los Laboratorios Bell: inventar un mejor interruptor. Era un físico teórico experto y legendario: se rumoreaba que era capaz de ver los electrones a simple vista. Según sus teorías, se podían usar elementos semiconductores como el silicio o el germanio, pues su naturaleza de “semiconductores” permite que dejen pasar la corriente o la bloqueen según las circunstancias, es decir, se podían comportar como un interruptor.
Sin embargo, como dice el refrán, del dicho al hecho, hay mucho trecho. Porque si bien las teorías de Shockley funcionaban sobre el papel, en la práctica ninguno de sus experimentos dio resultado. Así que dos miembros de su equipo, Walter Brattain y Jhon Bardeen, empezaron sus propios experimentos con las teorías de Shockley y luego de casi dos años de prueba y error consiguieron, en diciembre de 1947, que una pieza sólida de metal pueda conducir, bloquear o amplificar la corriente eléctrica.
Piénsalo un momento: una pieza sólida de metal actuaba como interruptor y amplificador de corriente. Era algo grandioso. Habían inventado el transistor.
Lo increíble es que muchos científicos de su época no se dieron cuenta del avance que suponía el transistor. El New York Times lo enterró en la página 46 de sus noticias y el Time lo puso al inicio de su sección de ciencia, diciendo que era una pequeña neurona.
3. La revolución del transistor y el inicio de Silicon Valley
Este nuevo interruptor permitió aparatos electrónicos mucho más pequeños. En los años 50 y 60, los radios portátiles eran el equivalente a los smartphones de la actualidad, te permitían estar conectado y escuchar música o noticias en cualquier lugar, sin estar atado a gigantescos radios en las salas de tu casa donde solo tu papá decidía que se podía escuchar. Por ese entonces empezó la fiebre del rock que se popularizó rápidamente gracias a las radios portátiles. Y las radios fueron solo el inicio, luego vendrían otros. Por ejemplo: calculadoras de bolsillo o audífonos.
No obstante, el transistor no solo se quedó en electrodomésticos, puesto que Shockley, convencido de que este invento cambiaría el mundo, viajó a Palo Alto en California para fundar Shockley semiconductor, la primera empresa de transistores en la zona que actualmente se conoce como Silicon Valley.
Técnicamente, podemos decir que el transistor también dio inicio a Silicon Valley. Y si quieres saber más de la historia de Silicon Valley, puedes ver este video después de leer este artículo.
4. La creación del microchip
No obstante, los transistores tenían un problema: trabajar con muchos de ellos requería de una telaraña de cables para conectarlos. Así que nuevamente los científicos se pusieron a trabajar para resolver este reto y lo lograron en 1958, cuando Jack Kilby de Texas Instruments y Robert Noyce, de Fairchild Semiconductor, casi en simultáneo y sin conocerse, descubrieron como tener varios transistores en una sola pieza y sin cables. Y le llamaron a su invento: chip (o microchip).
El primer chip de la historia tenía apenas 4 transistores en su interior. Mientras que el M4 de Apple, lanzado este año tiene 28 mil millones de transistores y los Blackwell de Nvidia, lanzados también este año, tienen casi 10 veces más con 208 mil millones de transistores en su interior. Una monstruosidad. Y mientras más transistores se agreguen a un chip, este será más poderoso, por eso cada cierto tiempo se reduce su tamaño, tanto que actualmente un transistor mide tres nanómetros, un tamaño tan reducido que es casi el de un átomo.
¿Y como es posible pasar de 4 transistores a miles de millones? Porque la industria empezó a mejorar sus métodos de fabricación de chips para incluir cada vez más transistores. Por eso, en 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, hizo un pronóstico que la historia recuerda como la ley de Moore. Predijo que cada dos años el número de transistores dentro de un chip se duplicaría, mientras que el costo se reduciría a la mitad. Esa ley se ha venido cumpliendo casi sin fallas hasta la actualidad, aunque obviamente, las leyes de la física tarde o temprano le pondrán un límite.
Los chips son actualmente el producto más importante en la economía mundial, para nuestras computadoras, televisores, smartphones, refrigeradoras, hornos, microondas, aparatos médicos, aviones, centrales de comunicación, fábricas y obviamente, la inteligencia artificial. Y los chips son, en realidad, muchos, millones, miles de millones de transistores en una placa de silicio.
La historia del transistor y el microchip nos muestra cómo pequeños dispositivos pueden tener un impacto monumental en el desarrollo tecnológico. Desde las radios portátiles hasta la creación de Silicon Valley, estos inventos han sido fundamentales para la evolución de la tecnología moderna.
Y si no lo sabías, #LoAprendisteEnEDteam