كارفر ميد: المهندس الذي علم السيليكون أن يتصرف مثل الخلايا العصبية

قضى كارفر ميد مسيرة مهنية في كتابة الكتاب المدرسي الذي أخبر جيلاً من المهندسين بكيفية تصميم رقائق الكمبيوتر، ثم قضى المسيرة التالية في الجدال بأن الرقائق يجب أن تتوقف عن محاكاة البوابات المنطقية وتبدأ في محاكاة شبكية العين البشرية. قلة من الشخصيات في تاريخ الإلكترونيات أعادت اختراع الافتراضات الأساسية لمجالها مرتين، بفارق عقود، وكانت محقة في كلتا المرتين.

من معسكر كهرومائي إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

ولد كارفر أندريس ميد في 1 مايو 1934 في بيكرسفيلد، كاليفورنيا، ونشأ في مجتمع كيرنفيل الجبلي الصغير، حيث كان والده يعمل في مشروع بيج كريك الكهرومائي. حصل على رخصة راديو الهواة وهو صبي وعمل في محطات راديو محلية خلال المدرسة الثانوية، وهو تدريب عملي مبكر في الإلكترونيات سبق أي تدريب رسمي. حصل على درجاته الثلاث من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا - بكالوريوس في الهندسة الكهربائية عام 1956، وماجستير عام 1957، ودكتوراه حوالي 1959-60 - وبقي في هيئة التدريس هناك لأكثر من أربعة عقود، وشغل في النهاية لقب أستاذ جوردون وبيتي مور الفخري للهندسة والعلوم التطبيقية، وهو كرسي سمي باسم المتعاون الذي ساعد ميد في تسمية فكرته الأكثر شهرة.

تسمية قانون مور

بدأ تعاون ميد مع جوردون مور، المؤسس المشارك لاحقاً لشركة إنتل، حوالي عام 1959. أثناء العمل على فيزياء تصغير الترانزستور، أظهر تحليل ميد أن الترانزستورات لن تتقلص فحسب، بل ستصبح أسرع وأكثر برودة وأرخص ثمناً عند القيام بذلك - وهو تبرير فيزيائي للاتجاه الذي لاحظه مور تجريبياً. وقد نسب جوردون مور نفسه الفضل إلى ميد في صياغة مصطلح "قانون مور". في عام 1972، وبالعمل مع بروس هونيسن، توقع ميد أن الترانزستورات يمكن بناؤها في النهاية بمقياس 0.15 ميكرون، وهو توقع التقط، قبل عقود من الزمن، تقريباً المكان الذي سيهبط فيه منحنى التصغير في صناعة أشباه الموصلات.

ثورة ميد-كونواي

جاءت أهم مساهمة فردية لميد في صناعة الحوسبة من خلال تعاونه، الذي بدأ في 1975، مع لين كونواي من شركة زيروكس بارك. طورا معاً منهجية منظمة لتصميم رقائق التكامل واسع النطاق (VLSI) - وهي طريقة لوصف الدوائر المعقدة من خلال قواعد تصميم مبسطة سمحت للمهندسين، بدلاً من الفيزيائيين المتخصصين فقط، بتصميم سيليكون يعمل. أصبح كتابهما المدرسي لعام 1979، مقدمة لأنظمة VLSI، المرجع النهائي لجيل من مصممي الرقائق وأطلق ما يوصف على نطاق واسع بأنه تحول في النموذج في كيفية بناء الدوائر المتكاملة. كان ميد قد درس أول دورة في العالم لتصميم التكامل واسع النطاق في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1970 وساعد في تأسيس علوم الكمبيوتر كقسم رسمي هناك في عام 1976، إلى جانب إيفان ساذرلاند وفريدريك بي طومسون. جعلت منهجية الرقاقة متعددة المشاريع لميد-كونواي، التي سمحت للعديد من الرقائق التي صممها الطلاب بمشاركة دورة تصنيع واحدة، تصميم الرقائق قابلاً للتدريس في الجامعات لأول مرة ومنحت الزوجين جائزة مجلة الإلكترونيات للإنجاز في عام 1981.

بناء مترجم السيليكون وسلسلة من الشركات

مع طالب الدكتوراه ديفيد إل يوهانسن، بنى ميد أول مترجم سيليكون، وهي أداة تترجم تلقائياً مواصفات المصمم إلى تخطيطات دوائر متكاملة تعمل، وشارك في تأسيس شركة Silicon Compilers Inc. في عام 1981 لتسويقها، منتجة رقائق مستخدمة في خط MicroVAX التابع لشركة Digital Equipment Corporation. استمر ميد في المساعدة في تأسيس أكثر من عشرين شركة، مترجماً أبحاثه مباشرة إلى الصناعة: Synaptics Inc. في عام 1986 مع فيديريكو فاجين، التي استحوذت تقنية لوحة اللمس المستوحاة من الشبكات العصبية على حصة كبيرة من سوق لوحات التتبع لأجهزة الكمبيوتر المحمولة؛ وSonic Innovations، التي طبقت عمله على الرقائق في المعينات السمعية؛ وFoveon، التي بنت مستشعرات صور CMOS مستوحاة عصبياً للكاميرات الرقمية؛ وImpinj، التي طبقت عمله على ترانزستورات البوابة العائمة في تقنية RFID.

التحول نحو الدماغ

بحلول الثمانينيات، كان ميد قد حول تركيز أبحاثه بالكامل، ملاحظاً تشابهاً فيزيائياً بين الطريقة التي تتراكم بها الشحنة وتتبدد في الترانزستور والطريقة التي يحدث بها ذلك في خلية عصبية بيولوجية. أصبح شخصية مؤسسة للهندسة العصبية - بناء دوائر إلكترونية تناظرية تحاكي البنية الحسابية للجهاز العصبي البيولوجي بدلاً من المنطق المنفصل للرقائق الرقمية التقليدية - وهو مصطلح يُنسب إليه الفضل في صياغته، وتعاون مع فيزيائيين بما في ذلك ريتشارد فاينمان وعالم الأعصاب جون هوبفيلد في تطوير الفكرة. بنى طالب الدكتوراه ميشا ماهوالد شبكية سيليكون تعمل تحت إشرافه في عام 1992، وهي رقاقة تناظرية تعالج المعلومات البصرية بالطريقة التي تعمل بها العين البيولوجية، وعمل ميد مع ريتشارد إف ليون في عام 1988 على قوقعة سيليكون تناظرية لنمذجة معالجة الإشارات السمعية.

التقدير

تمتد تكريمات ميد إلى نصفي مسيرته المهنية: الميدالية الوطنية للتكنولوجيا وزمالة متحف تاريخ الكمبيوتر في عام 2002، وجائزة ليميلسون-إم آي تي في عام 1999، وميدالية IEEE جون فون نيومان وجائزة فيل كوفمان في عام 1996، وجائزة ألين نيويل من ACM في عام 1997، والانتخاب للأكاديمية الوطنية للهندسة في عام 1984، وميدالية جون برايس ويذريل التي تقاسمها مع لين كونواي في عام 1985، وجائزة كيوتو في التكنولوجيا المتقدمة في عام 2022. وهو يحمل أكثر من خمسين براءة اختراع أمريكية.

لماذا يسمى كارفر عبقرياً

تستند مطالبة ميد بالكلمة إلى عمل مزدوج غير عادي: فهو أحد التكنولوجيين القلائل الذين أعادوا تشكيل ممارسة تخصص هندسي بشكل أساسي ليس مرة واحدة، بل مرتين، أولاً بمنهجية VLSI لميد-كونواي التي جعلت تصميم الرقائق المنظم قابلاً للتدريس وقابلاً للتوسع، ولاحقاً بالهندسة العصبية، وهو برنامج بحثي أسسه بشكل أساسي من خلال الإصرار على أن البيولوجيا، وليس المنطق البولياني، كانت النموذج الأفضل لأجهزة الحوسبة المستقبلية. يسلط الزملاء ومؤرخو التكنولوجيا الضوء على مزيجه النادر من الحدس الفيزيائي العميق حول الترانزستورات مع مشاركة جادة بنفس القدر في علم الأعصاب - وهو نطاق حاول القليل من مهندسي الكهرباء من جيله الوصول إليه. التعقيد الصادق هو أن إنجازه الأكثر شهرة في الكتب المدرسية، ثورة تصميم VLSI، يُنسب صراحةً بشكل مشترك إلى لين كونواي، التي كانت مساهماتها المستقلة في المنهجية وتصميم الرقائق بشكل أوسع جوهرية وموثقة في تاريخ المجال نفسه؛ وقد مُنحت ميدالية جون برايس ويذريل لكليهما معاً. تم بناء الكثير من عمله العصبي اللاحق بالمثل من خلال تعاون وثيق مع طلاب مثل ميشا ماهوالد وزملاء مثل ريتشارد ليون، متبعاً نمطاً طوال حياته المهنية من البصيرة المقترنة بالشراكة بدلاً من الاختراع المنفرد.

الإرث

كل رقاقة مصممة اليوم بمنهجية CAD منظمة وقائمة على القواعد تنحدر من نهج ميد-كونواي، ومجال الهندسة العصبية الذي ساعد ميد في تأسيسه يدعم الآن فئة متنامية من أجهزة الحوسبة منخفضة الطاقة المستوحاة من الدماغ، والتي بنيت بعد عقود من إثبات شبكية السيليكون الخاصة به أن المفهوم يعمل.