קרוור מיד: המהנדס שלימד את הסיליקון להתנהג כמו נוירונים
קרוור מיד הקדיש קריירה אחת לכתיבת ספר הלימוד שלימד דור של מהנדסים כיצד לתכנן שבבי מחשב, ולאחר מכן הקדיש את הקריירה הבאה לטענה ששבבים צריכים להפסיק לחקות שערי לוגיקה ולהתחיל לחקות את הרשתית האנושית. מעט דמויות בהיסטוריה של האלקטרוניקה הגדירו מחדש את הנחות היסוד של תחומן פעמיים, בהפרש של עשורים, וצדקו בשתי הפעמים.
ממחנה הידרואלקטרי לקלטק
קרוור אנדרס מיד (Carver Andress Mead) נולד ב-1 במאי 1934 בבייקרספילד, קליפורניה, וגדל בקהילת ההרים הקטנה קרנוויל, שם עבד אביו בפרויקט ההידרואלקטרי ביג קריק. בילדותו קיבל רישיון רדיו חובב ועבד בתחנות רדיו מקומיות במהלך לימודיו בתיכון, התמחות מעשית מוקדמת באלקטרוניקה שקדמה לכל הכשרה פורמלית. הוא קיבל את כל שלושת תאריו במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) – תואר ראשון בהנדסת חשמל ב-1956, תואר שני ב-1957 ודוקטורט בסביבות 1959–1960 – ונשאר בסגל שם במשך יותר מארבעה עשורים, כשהוא מחזיק בתואר פרופסור אמריטוס להנדסה ומדעים יישומיים על שם גורדון ובטי מור, קתדרה שנקראה על שם עמיתו שאת הרעיון המפורסם ביותר שלו עזר מיד למנות.
מתן השם לחוק מור
שיתוף הפעולה של מיד עם גורדון מור (Gordon Moore), לימים ממייסדי אינטל, החל בסביבות 1959. מתוך עבודה על הפיזיקה של מזעור טרנזיסטורים, הניתוח של מיד הראה שטרנזיסטורים לא רק יקטנו אלא גם יהיו מהירים, קרירים וזולים יותר בתהליך – הצדקה פיזיקלית למגמה שמור הבחין בה אמפירית. גורדון מור עצמו ייחס למיד את טביעת המונח "חוק מור". ב-1972, בעבודה עם ברוס הונייסן (Bruce Hoeneisen), חזה מיד שטרנזיסטורים יוכלו בסופו של דבר להיבנות בקנה מידה של 0.15 מיקרון, תחזית שתפסה, עשורים מראש, בערך את הנקודה שבה עקומת המזעור של תעשיית המוליכים למחצה תנחת בפועל.
המהפכה של מיד-קונוויי
תרומתו המשמעותית ביותר של מיד לתעשיית המחשוב הגיעה דרך שיתוף הפעולה שלו, שהחל ב-1975, עם לין קונוויי (Lynn Conway) ממעבדות זירוקס פארק (Xerox PARC). יחד הם פיתחו מתודולוגיה מובנית לתכנון שבבי אינטגרציה רחבי היקף (VLSI) – דרך לתאר מעגלים מורכבים באמצעות כללי תכנון פשוטים שאפשרו למהנדסים, ולא רק לפיזיקאים מתמחים, לתכנן סיליקון עובד. ספר הלימוד שלהם משנת 1979, Introduction to VLSI Systems, הפך להפניה המכרעת עבור דור של מתכנני שבבים ועורר את מה שמכונה רבות כשינוי פרדיגמה באופן שבו נבנו מעגלים משולבים. מיד העביר את קורס תכנון האינטגרציה רחב ההיקף הראשון בעולם בקלטק ב-1970 ועזר לבסס את מדעי המחשב כמחלקה פורמלית שם ב-1976, לצד איוון סאת'רלנד (Ivan Sutherland) ופרדריק ב. תומפסון (Frederick B. Thompson). מתודולוגיית ה-wafer מרובה-הפרויקטים של מיד-קונוויי, שאיפשרה לשבבים רבים שתוכננו על ידי סטודנטים לחלוק סבב ייצור אחד, הפכה את תכנון השבבים לניתן להוראה באוניברסיטאות בפעם הראשונה וזיכתה את השניים בפרס הישג של המגזין Electronics בשנת 1981.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →בניית קומפיילר הסיליקון ושרשרת חברות
יחד עם תלמיד הדוקטורט שלו דייוויד ל. יוהנסן (David L. Johannsen), בנה מיד את קומפיילר הסיליקון הראשון, כלי שתרגם אוטומטית את מפרטי המתכנן לפריסות מעגלים משולבים עובדים, והקים ב-1981 את חברת Silicon Compilers Inc. כדי למסחר אותו, מה שהוביל לייצור שבבים ששימשו בקו המיקרו-VAX של חברת Digital Equipment Corporation. מיד המשיך לעזור בהקמת יותר מעשרים חברות, תוך תרגום מחקרו ישירות לתעשייה: Synaptics Inc. בשנת 1986 עם פדריקו פאג'ין (Federico Faggin), שטכנולוגיית משטח המגע שלו בהשראת רשתות עצביות כבשה נתח גדול משוק משטחי המגע למחשבים ניידים; Sonic Innovations, שיישמה את עבודתו על שבבים במכשירי שמיעה; Foveon, שבנתה חיישני תמונה מסוג CMOS בהשראה עצבית למצלמות דיגיטליות; ו-Impinj, שיישמה את עבודתו על טרנזיסטורי שער צף בטכנולוגיית RFID.
פנייה אל המוח
עד שנות ה-80 של המאה ה-20 מיד שינה את מיקוד מחקרו לחלוטין, לאחר שהבחין באנלוגיה פיזיקלית בין הדרך שבה מטען נבנה ומתפוגג בטרנזיסטור לבין הדרך שבה זה קורה בנוירון ביולוגי. הוא הפך לדמות מייסדת של הנדסה נוירומורפית – בניית מעגלים אלקטרוניים אנלוגיים שמחקים את הארכיטקטורה החישובית של מערכות עצביות ביולוגיות במקום את הלוגיקה הבדידה של שבבים דיגיטליים קונבנציונליים – מונח שהוא נחשב למי שטבע, והוא שיתף פעולה עם פיזיקאים כולל ריצ'רד פיינמן (Richard Feynman) ונוירוביולוג ג'ון הופפילד (John Hopfield) בפיתוח הרעיון. תלמידת הדוקטורט שלו מישה מהוולד (Misha Mahowald) בנתה רשתית סיליקון עובדת תחת פיקוחו ב-1992, שבב אנלוגי שעיבד מידע חזותי באותו אופן שבו עין ביולוגית עושה זאת, ומיד עבד עם ריצ'רד פ. ליון (Richard F. Lyon) ב-1988 על שבלול סיליקון אנלוגי הממָדל עיבוד אותות שמיעתיים.
הכרה
הכבוד שזכה לו מיד משתרע על פני שני חצאי הקריירה שלו: המדליה הלאומית לטכנולוגיה וחברות במוזיאון היסטוריית המחשוב ב-2002, פרס למלסון-MIT ב-1999, מדליית IEEE ג'ון פון נוימן ופרס פיל קאופמן ב-1996, פרס אלן ניואל של ה-ACM ב-1997, בחירה לאקדמיה הלאומית להנדסה ב-1984, מדליית ג'ון פרייס וות'ריל שחלק עם לין קונוויי ב-1985, ופרס קיוטו בטכנולוגיה מתקדמת בשנת 2022. הוא מחזיק ביותר מחמישים פטנטים אמריקאיים.
מדוע קרוור מכונה גאון
טענתו של מיד למילה נשענת על מעשה כפול יוצא דופן: הוא אחד ממעט מאוד טכנולוגים שעיצבו מחדש באופן יסודי את העיסוק בדיסציפלינה הנדסית לא פעם אחת אלא פעמיים, תחילה עם מתודולוגיית ה-VLSI של מיד-קונוויי שהפכה את תכנון השבבים המובנה לניתן להוראה וניתן להרחבה, ומאוחר יותר עם הנדסה נוירומורפית, תוכנית מחקר שהוא ייסד במידה רבה על ידי התעקשות שביולוגיה, לא לוגיקה בוליאנית, היא המודל הטוב יותר לחומרת מחשוב עתידית. עמיתים והיסטוריונים של הטכנולוגיה מצביעים על השילוב הנדיר שלו בין אינטואיציה פיזיקלית עמוקה לגבי טרנזיסטורים לבין עיסוק רציני לא פחות בנוירומדע – טווח שמעט מהנדסי חשמל בדורו ניסו. הסיבוך הכנה הוא שהישגו המפורסם ביותר בספרי הלימוד, מהפכת תכנון ה-VLSI, מיוחס במפורש במשותף ללין קונוויי, שתרומותיה העצמאיות למתודולוגיה ולתכנון שבבים באופן רחב יותר היו מהותיות ומתועדות בהיסטוריה של התחום עצמו; מדליית ג'ון פרייס וות'ריל הוענקה לשניהם יחד. חלק גדול מעבודתו הנוירומורפית המאוחרת נבנה באופן דומה באמצעות שיתוף פעולה הדוק עם סטודנטים כמו מישה מהוולד ועמיתים כמו ריצ'רד ליון, בהתאם לדפוס לאורך כל הקריירה של תובנה המשולבת בשותפות ולא בהמצאה בודדת.
מורשת
כל שבב שתוכנן כיום בשיטת CAD מובנית מבוססת כללים יורד מהגישה של מיד-קונוויי, ותחום ההנדסה הנוירומורפית שמיד עזר לייסד עומד כעת בבסיסה של קטגוריה צומחת של חומרת מחשוב בהשראת המוח, בעלת צריכת חשמל נמוכה, שנבנתה עשורים לאחר שרשתית הסיליקון שלו הוכיחה לראשונה שהקונספט עובד.