Carver Mead: Silisyuma nöronlar gibi davranmayı öğreten mühendis

Carver Mead, bir kariyerini bir nesil mühendise bilgisayar çipi tasarlamayı öğreten ders kitabını yazmaya, bir sonrakini ise çiplerin mantık kapılarını taklit etmeyi bırakıp insan retinasını taklit etmeye başlaması gerektiğini savunmaya adadı. Elektronik tarihinde, kendi alanının temel varsayımlarını on yıllar arayla iki kez yeniden icat eden ve her iki seferinde de haklı çıkan çok az figür vardır.

Bir hidroelektrik kampından Caltech'e

Carver Andress Mead, 1 Mayıs 1934'te Bakersfield, Kaliforniya'da doğdu ve babasının Big Creek Hidroelektrik Projesi'nde çalıştığı küçük dağ topluluğu Kernville'de büyüdü. Çocukken amatör telsiz lisansı aldı ve lise boyunca yerel radyo istasyonlarında çalıştı; bu, herhangi bir resmi eğitimden önce gelen, elektronikte erken bir uygulamalı çıraklık dönemiydi. Üç derecesini de Caltech'ten aldı - 1956'da elektrik mühendisliği lisans derecesi, 1957'de yüksek lisans ve 1959-60 civarında doktora - ve kırk yıldan fazla bir süre orada öğretim üyeliğinde kaldı, sonunda Gordon ve Betty Moore Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Emeritus Profesörü unvanını aldı; bu kürsü, Mead'in en ünlü fikrini adlandırmaya yardım ettiği işbirlikçisinin adını taşıyordu.

Moore Yasası'nı adlandırmak

Mead'in daha sonra Intel'in kurucu ortağı olacak Gordon Moore ile işbirliği 1959 civarında başladı. Transistör minyatürleştirme fiziği üzerinde çalışırken, Mead'in analizi transistörlerin sadece küçülmekle kalmayıp, bunu yaparken daha hızlı, daha soğuk ve daha ucuz hale geleceğini gösterdi - bu, Moore'un ampirik olarak gözlemlediği eğilim için fiziksel bir gerekçeydi. Gordon Moore'un kendisi, "Moore Yasası" terimini ortaya atma konusunda Mead'e kredi vermiştir. 1972'de Bruce Hoeneisen ile çalışan Mead, transistörlerin sonunda 0,15 mikron ölçeğinde inşa edilebileceğini öngördü; bu tahmin, yarı iletken endüstrisinin minyatürleştirme eğrisinin gerçekte nereye varacağını on yıllar öncesinden kabaca yakaladı.

Mead-Conway devrimi

Mead'in bilgisayar endüstrisine en önemli bireysel katkısı, 1975'te başlayan Xerox PARC'tan Lynn Conway ile işbirliği sayesinde geldi. Birlikte, çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) çip tasarımı için yapılandırılmış bir metodoloji geliştirdiler - karmaşık devreleri, mühendislerin, sadece uzman fizikçilerin değil, çalışan silikon tasarlamasına olanak tanıyan basitleştirilmiş tasarım kuralları aracılığıyla tanımlamanın bir yolu. 1979 tarihli ders kitapları Introduction to VLSI Systems, bir nesil çip tasarımcısı için kesin referans haline geldi ve entegre devrelerin inşa edilme biçiminde yaygın olarak bir paradigma değişimi olarak tanımlanan şeyi tetikledi. Mead, 1970 yılında Caltech'te dünyanın ilk büyük ölçekli entegrasyon tasarım dersini vermişti ve 1976'da Ivan Sutherland ve Frederick B. Thompson ile birlikte orada bilgisayar bilimini resmi bir bölüm olarak kurmaya yardımcı olmuştu. Mead-Conway çok projeli gofret metodolojisi, birçok ayrı öğrenci tasarımı çipin tek bir üretim çalışmasını paylaşmasına izin vererek, çip tasarımını üniversitelerde ilk kez öğretilebilir hale getirdi ve çifte 1981'de Electronics Magazine Award for Achievement ödülünü kazandırdı.

Silisyum derleyici ve bir dizi şirket kurmak

Doktora öğrencisi David L. Johannsen ile birlikte Mead, bir tasarımcının özelliklerini otomatik olarak çalışan entegre devre düzenlerine çeviren bir araç olan ilk silisyum derleyiciyi inşa etti ve bunu ticarileştirmek için 1981'de Silicon Compilers Inc.'i kurarak Digital Equipment Corporation'ın MicroVAX serisinde kullanılan çipler üretti. Mead, araştırmasını doğrudan endüstriye çevirerek yirmiden fazla şirketin kurulmasına yardımcı oldu: 1986'da Federico Faggin ile Synaptics Inc., sinir ağı esintili dokunmatik yüzey teknolojisi dizüstü bilgisayar izleme paneli pazarının büyük bir kısmını ele geçirdi; Sonic Innovations, çip çalışmalarını işitme cihazlarına uyguladı; Foveon, dijital kameralar için sinir esintili CMOS görüntü sensörleri inşa etti; ve Impinj, yüzer kapılı transistör çalışmalarını RFID teknolojisine uyguladı.

Beyne yönelmek

1980'lere gelindiğinde Mead, bir transistörde yükün birikme ve dağılma biçimi ile biyolojik bir nöronda gerçekleşme biçimi arasında fiziksel bir analoji fark ederek araştırma odağını tamamen değiştirmişti. Geleneksel dijital çiplerin ayrık mantığı yerine biyolojik sinir sistemlerinin hesaplama mimarisini taklit eden analog elektronik devreler inşa etme - ki bu terimi kendisinin ortaya attığı kabul edilir - nöromorfik mühendisliğin kurucu figürü oldu ve fikri geliştirmede Richard Feynman ve sinirbilimci John Hopfield dahil olmak üzere fizikçilerle işbirliği yaptı. Doktora öğrencisi Misha Mahowald, 1992'de onun gözetiminde, görsel bilgiyi biyolojik bir gözün yaptığı gibi işleyen analog bir çip olan çalışan bir silisyum retina inşa etti ve Mead, 1988'de Richard F. Lyon ile işitsel sinyal işlemeyi modelleyen analog bir silisyum koklea üzerinde çalıştı.

Tanınma

Mead'in onurları kariyerinin her iki yarısını da kapsıyor: 2002'de Ulusal Teknoloji Madalyası ve Bilgisayar Tarihi Müzesi Bursu, 1999'da Lemelson-MIT Ödülü, 1996'da IEEE John von Neumann Madalyası ve Phil Kaufman Ödülü, 1997'de ACM'nin Allen Newell Ödülü, 1984'te Ulusal Mühendislik Akademisi'ne seçilme, 1985'te Lynn Conway ile paylaşılan John Price Wetherill Madalyası ve 2022'de İleri Teknolojide Kyoto Ödülü. Elli'den fazla ABD patentine sahiptir.

Carver neden dahi olarak adlandırılır

Mead'in bu kelime üzerindeki iddiası alışılmadık bir ikili eyleme dayanıyor: Bir mühendislik disiplininin uygulamasını bir değil iki kez temelden yeniden şekillendiren çok az teknoloji uzmanından biridir; ilki, yapılandırılmış çip tasarımını öğretilebilir ve ölçeklenebilir kılan Mead-Conway VLSI metodolojisi, ikincisi ise biyolojinin, Boole mantığının değil, gelecekteki bilgisayar donanımı için daha iyi bir model olduğu konusunda ısrar ederek esasen kurduğu bir araştırma programı olan nöromorfik mühendisliktir. Meslektaşları ve teknoloji tarihçileri, transistörler hakkındaki derin fiziksel sezgisi ile sinirbilime olan eşit derecede ciddi bağlılığının nadir kombinasyonunu öne çıkarırlar - bu, kendi neslindeki çok az elektrik mühendisinin denediği bir aralıktır. Dürüst karmaşıklık şudur ki, en ders kitabı ünlü başarısı olan VLSI tasarım devrimi, metodolojiye ve daha geniş anlamda çip tasarımına bağımsız katkıları önemli olan ve alanın kendi tarihlerinde belgelenen Lynn Conway ile açıkça ortaklaşa kredilendirilmiştir; John Price Wetherill Madalyası her ikisine birlikte verilmiştir. Sonraki nöromorfik çalışmalarının çoğu, Misha Mahowald gibi öğrenciler ve Richard Lyon gibi meslektaşlarla yakın işbirliği yoluyla benzer şekilde inşa edilmiş, yalnız bir icat yerine ortaklıkla birleşen bir içgörü kariyeri boyunca süren bir modeli izlemiştir.

Miras

Bugün yapılandırılmış, kural tabanlı CAD metodolojisiyle tasarlanan her çip, Mead-Conway yaklaşımından türemiştir ve Mead'in kurulmasına yardım ettiği nöromorfik mühendislik alanı, şimdi silisyum retinasının kavramın çalıştığını ilk kanıtlamasından on yıllar sonra inşa edilen, beyin esintili, düşük güçlü bilgisayar donanımının büyüyen bir kategorisinin temelini oluşturmaktadır.