카버 미드: 실리콘에게 뉴런처럼 행동하도록 가르친 엔지니어

카버 미드는 한 세대의 엔지니어들에게 컴퓨터 칩 설계 방법을 가르치는 교과서를 쓰는 데 한 경력을 바쳤고, 다음 경력은 칩이 논리 게이트를 모방하는 것을 멈추고 인간의 망막을 모방하기 시작해야 한다고 주장하는 데 바쳤다. 전자 공학 역사상 자신의 분야의 근본적인 가정을 수십 년 간격으로 두 번이나 재발명하고 두 번 모두 옳았던 인물은 거의 없다.

수력 발전 캠프에서 칼텍까지

카버 앤드레스 미드는 1934년 5월 1일 캘리포니아주 베이커스필드에서 태어났으며, 아버지가 빅 크릭 수력 발전 프로젝트에서 일했던 산악 지역 커뮤니티인 컨빌에서 자랐다. 그는 어린 시절 아마추어 무선 면허를 취득했고 고등학교 시절 지역 라디오 방송국에서 일했는데, 이는 정식 교육 이전에 전자 공학에 대한 초기 실무 견습 과정이었다. 그는 칼텍에서 1956년 전기 공학 학사, 1957년 석사, 1959~60년경 박사 학위 등 세 가지 학위를 모두 취득했으며, 40년 넘게 교수진으로 남아 결국 고든 앤 베티 무어 공학 및 응용 과학 명예 교수라는 직함을 가졌는데, 이 의자는 미드가 가장 유명한 아이디어를 명명하는 데 도움을 준 협력자의 이름을 딴 것이다.

무어의 법칙 명명

나중에 인텔의 공동 창립자가 된 고든 무어와 미드의 협력은 1959년경에 시작되었다. 트랜지스터 소형화의 물리학을 연구하면서 미드의 분석은 트랜지스터가 단순히 작아질 뿐만 아니라 더 빠르고, 더 시원하고, 더 저렴해질 것임을 보여주었는데, 이는 무어가 경험적으로 관찰했던 경향에 대한 물리적 정당화였다. 고든 무어 자신은 '무어의 법칙'이라는 용어를 만든 사람이 미드라고 인정했다. 1972년 브루스 호네이젠과 협력하여 미드는 트랜지스터가 결국 0.15미크론 규모로 구축될 수 있다고 예측했는데, 이 예측은 반도체 산업의 소형화 곡선이 실제로 어디에 도달할지를 수십 년 앞서 대략적으로 포착한 것이었다.

미드-콘웨이 혁명

컴퓨팅 산업에 대한 미드의 가장 중요한 개인적 기여는 1975년부터 시작된 제록스 PARC의 린 콘웨이와의 협력을 통해 이루어졌다. 그들은 함께 초고밀도 집적(VLSI) 칩 설계를 위한 구조화된 방법론을 개발했는데, 이는 전문 물리학자뿐만 아니라 엔지니어들이 작동하는 실리콘을 배치할 수 있도록 하는 단순화된 설계 규칙을 통해 복잡한 회로를 설명하는 방법이었다. 그들의 1979년 교과서 Introduction to VLSI Systems는 한 세대의 칩 설계자들에게 결정적인 참고 자료가 되었으며, 집적 회로가 구축되는 방식에 대한 패러다임 전환으로 널리 설명되는 것을 촉발했다. 미드는 1970년 칼텍에서 세계 최초의 대규모 집적 설계 과정을 가르쳤고, 1976년 아이반 서덜랜드 및 프레데릭 B. 톰슨과 함께 그곳에 컴퓨터 과학과를 정식 학과로 설립하는 데 도움을 주었다. 미드-콘웨이 멀티 프로젝트 웨이퍼 방법론은 많은 개별 학생 설계 칩이 단일 제조 실행을 공유할 수 있게 하여 대학에서 처음으로 칩 설계를 가르칠 수 있게 했으며, 1981년 이 쌍에게 Electronics Magazine Award for Achievement를 안겨주었다.

실리콘 컴파일러와 일련의 기업 구축

박사 과정 학생인 데이비드 L. 요한슨과 함께 미드는 첫 번째 실리콘 컴파일러를 구축했는데, 이는 설계자의 사양을 자동으로 작동하는 집적 회로 레이아웃으로 변환하는 도구였으며, 1981년 이를 상용화하기 위해 Silicon Compilers Inc.를 공동 설립하여 Digital Equipment Corporation의 MicroVAX 라인에 사용되는 칩을 생산했다. 미드는 계속해서 20개 이상의 기업 설립을 도왔고, 자신의 연구를 산업에 직접 적용했다. 1986년 페데리코 파진과 함께 Synaptics Inc.를 설립했는데, 이 회사의 신경망 영감을 받은 터치패드 기술은 노트북 트랙패드 시장의 큰 점유율을 차지했다. Sonic Innovations는 그의 칩 연구를 보청기에 적용했고, Foveon은 디지털 카메라용 신경 영감을 받은 CMOS 이미지 센서를 구축했으며, Impinj는 그의 플로팅 게이트 트랜지스터 연구를 RFID 기술에 적용했다.

뇌로의 전환

1980년대에 이르러 미드는 연구 초점을 완전히 옮겼는데, 트랜지스터 내에서 전하가 축적되고 소산되는 방식과 생물학적 뉴런에서 일어나는 방식 사이의 물리적 유추를 발견했기 때문이다. 그는 신경 형태 공학의 창립 인물이 되었다. 이는 기존 디지털 칩의 이산 논리가 아닌 생물학적 신경 시스템의 계산 아키텍처를 모방하는 아날로그 전자 회로를 구축하는 것으로, 그가 만든 용어이며, 그는 리처드 파인만을 포함한 물리학자 및 신경과학자 존 홉필드와 협력하여 이 아이디어를 발전시켰다. 박사 과정 학생 미샤 마호왈드는 1992년 그의 지도하에 작동하는 실리콘 망막을 구축했는데, 이는 생물학적 눈과 같은 방식으로 시각 정보를 처리하는 아날로그 칩이었으며, 미드는 1988년 리처드 F. 라이언과 함께 청각 신호 처리를 모델링하는 아날로그 실리콘 달팽이관을 연구했다.

인식

미드의 영예는 그의 경력의 양쪽 절반에 걸쳐 있다. 2002년 국가 기술 메달 및 컴퓨터 역사 박물관 펠로우십, 1999년 레멜슨-MIT 상, 1996년 IEEE 존 폰 노이만 메달 및 필 카우프만 상, 1997년 ACM 앨런 뉴웰 상, 1984년 미국 공학 한림원 선출, 1985년 린 콘웨이와 공동 수상한 존 프라이스 웨더릴 메달, 2022년 교토상 첨단 기술 부문 등이 있다. 그는 50개 이상의 미국 특허를 보유하고 있다.

카버가 천재라고 불리는 이유

미드가 이 단어를 사용하는 근거는 특이한 이중 행위에 있다. 그는 공학 분야의 관행을 한 번이 아니라 두 번이나 근본적으로 재구성한 몇 안 되는 기술자 중 한 명이다. 첫 번째는 구조화된 칩 설계를 가르칠 수 있고 확장 가능하게 만든 미드-콘웨이 VLSI 방법론이고, 두 번째는 신경 형태 공학인데, 이는 생물학이 불 논리가 아닌 미래 컴퓨팅 하드웨어의 더 나은 모델이라고 주장함으로써 그가 본질적으로 설립한 연구 프로그램이다. 동료들과 기술 역사가들은 트랜지스터에 대한 깊은 물리적 직관과 신경 과학에 대한 동등하게 진지한 참여라는 그의 드문 조합을 지목하는데, 이는 그의 세대 전기 엔지니어 중 거의 시도하지 않은 범위이다. 솔직한 복잡성은 그의 가장 유명한 교과서적 업적인 VLSI 설계 혁명이 린 콘웨이와 공동으로 명시적으로 인정된다는 점인데, 그녀의 방법론 및 더 넓은 칩 설계에 대한 독립적인 기여는 상당하며 해당 분야의 역사에 기록되어 있다. 존 프라이스 웨더릴 메달은 두 사람에게 공동으로 수여되었다. 그의 후기 신경 형태 연구의 대부분은 미샤 마호왈드와 같은 학생 및 리처드 라이언과 같은 동료들과의 긴밀한 협력을 통해 유사하게 구축되었으며, 고독한 발명이 아닌 파트너십과 결합된 통찰력이라는 경력 전반의 패턴을 따랐다.

유산

오늘날 구조화된 규칙 기반 CAD 방법론으로 설계된 모든 칩은 미드-콘웨이 접근 방식에서 파생되었으며, 미드가 설립을 도운 신경 형태 공학 분야는 이제 그의 실리콘 망막이 개념이 작동함을 처음 증명한 지 수십 년 후에 구축된 뇌 영감을 받은 저전력 컴퓨팅 하드웨어의 성장하는 범주의 기초가 되었다.