Carver Mead - Carver Mead

Carver Mead
Carver Mead S66626 F27 300pixels.png
Medovina v roce 2002
narozený
Carver Andress Mead

( 1934-05-01 )01.05.1934 (věk 87)
Bakersfield, Kalifornie , USA
Národnost americký
Ocenění National Medal of Technology
2011 BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award
Computer History Museum Fellow (2002)
Vědecká kariéra
Teze Analýza přepínání tranzistorů  (1960)
Doktorský poradce PD Middlebrook
Robert V. Langmuir
Externí video
VLSI VL82C486 Single Chip 486 System Controller V.jpg
ikona videa Carver Mead, vítěz ceny Lemelson-MIT 1999 , Lemelson Foundation
ikona videa Carver Mead - polovodiče , 17. dubna 2014, The Official ACM
ikona videa Carver Mead představuje vesmír a nás: integrovaná teorie elektromagnetiky a gravitace , TTI/Vanguard

Carver Andress Mead (narozen 1. května 1934) je americký vědec a inženýr. V současné době zastává pozici Gordona a Betty Moore emeritního profesora inženýrství a aplikované vědy na Kalifornském technologickém institutu (Caltech), kde zde vyučuje více než 40 let. Učil Deborah Chung , první ženskou inženýrku z Caltechu. Poradil první studentce elektrotechniky na Caltech Louise Kirkbride . Mezi jeho učitelské příspěvky patří klasická učebnice Úvod do systémů VLSI (1980), kterou spoluautorem Lynn Conwayové .

Průkopník moderní mikroelektroniky přispěl k vývoji a designu polovodičů , digitálních čipů a křemíkových kompilátorů , technologií, které tvoří základy moderního velmi rozsáhlého integračního čipového designu. V 80. letech se zaměřil na elektronické modelování lidské neurologie a biologie a vytvořil „ neuromorfní elektronické systémy “. Mead se podílela na založení více než 20 společností. Nejnověji volal po rekonceptualizaci moderní fyziky a přehodnotil teoretické debaty Nielse Bohra , Alberta Einsteina a dalších ve světle pozdějších experimentů a vývoje přístrojového vybavení.

raný život a vzdělávání

Carver Andress Mead se narodil v Bakersfieldu v Kalifornii a vyrostl v Kernville v Kalifornii . Jeho otec pracoval v elektrárně v hydroelektrickém projektu Big Creek , který vlastní společnost Southern California Edison Company . Carver několik let navštěvoval malou místní školu, poté se přestěhoval do Fresna v Kalifornii, aby žil u své babičky, aby mohl navštěvovat větší střední školu. Jako velmi mladý se začal zajímat o elektřinu a elektroniku, viděl práci v elektrárně, experimentoval s elektrickými zařízeními, kvalifikoval se na licenci radioamatéra a na střední škole pracoval v místních rozhlasových stanicích.

Mead studoval elektrotechniku na Caltech, získal bakalářský titul v roce 1956, jeho MS v roce 1957 a doktorát v roce 1960.

Mikroelektronika

Příspěvky Meadu vyplynuly z aplikace základní fyziky na vývoj elektronických zařízení, často novými způsoby. Během šedesátých let prováděl systematická zkoumání energetického chování elektronů v izolátorech a polovodičích a rozvíjel hluboké porozumění tunelování elektronů , chování bariéry a transportu horkých elektronů . V roce 1960 byl prvním člověkem, který popsal a předvedl třísvorkové polovodičové zařízení založené na provozních principech elektronového tunelování a transportu horkých elektronů. V roce 1962 prokázal, že pomocí tunelové emise si horké elektrony uchovávají energii při cestování nanometrovými vzdálenostmi ve zlatě. Jeho studie sloučenin III-V (s WG Spitzer) prokázaly důležitost stavů rozhraní, položily základy pro pásmové inženýrství a vývoj heterojunkčních zařízení.

GaAs MESFET

V roce 1966 navrhl Mead první tranzistor s efektem pole arsenidu brány galia pomocí Schottkyho bariérové diody k izolaci brány od kanálu. Jako materiál nabízí GaAs mnohem vyšší pohyblivost elektronů a vyšší rychlost nasycení než křemík. GaAs MESFET se stal dominantním mikrovlnná polovodičové zařízení, který se používá v různých vysokofrekvenčních bezdrátových elektroniky, včetně mikrovlnné komunikační systémy ve radioteleskopů , satelitní antény a mobilní telefony. Carverova práce na MESFETech se také stala základem pro pozdější vývoj HEMT společností Fujitsu v roce 1980. HEMT, stejně jako MESFETy, jsou zařízení s akumulačním režimem používaná v mikrovlnných přijímačích a telekomunikačních systémech.

Moorův zákon

Mead je připsán Gordonem Moorem, že vytvořil termín Mooreův zákon , aby označil předpověď, kterou Moore učinil v roce 1965 o rychlosti růstu počtu součástek, „součást je tranzistor, odpor, dioda nebo kondenzátor“, která se hodí na jeden integrovaný obvod . Moore a Mead začali spolupracovat kolem roku 1959, kdy Moore poskytl Mead tranzistory „kosmetického odmítnutí“ od Fairchild Semiconductor, které mohli jeho studenti použít ve svých třídách. V roce 1960 Mead každý týden navštěvoval Fairchild, navštěvoval výzkumné a vývojové laboratoře a diskutoval o své práci s Moorem. Během jedné z jejich diskusí se Moore zeptal Meada, zda tunelování elektronů může omezit velikost funkčního tranzistoru. Když mu bylo řečeno, že ano, zeptal se, jaký bude limit.

Mead a jeho studenti, stimulovaní Moorovou otázkou, zahájili fyzikální analýzu možných materiálů a pokusili se určit spodní hranici Moorova zákona. V roce 1968 Mead na rozdíl od běžných předpokladů prokázal, že jak se velikost tranzistorů zmenšuje, nestanou se křehčími ani teplejšími ani dražšími ani pomalejšími. Spíše tvrdil, že tranzistory budou miniaturizovány rychleji, lépe, chladněji a levněji. Jeho výsledky se zpočátku setkávaly se značným skepticismem, ale jak designéři experimentovali, výsledky podporovaly jeho tvrzení. V roce 1972 Mead a postgraduální student Bruce Hoeneisen předpovídali, že tranzistory lze vyrobit už od 0,15 mikronů. Tato spodní hranice velikosti tranzistoru byla podstatně menší, než se obecně očekávalo. Přes počáteční pochybnosti ovlivnila Meadova predikce vývoj submikronové technologie počítačového průmyslu. Když byl v roce 2000 při skutečném vývoji tranzistoru dosažen předpokládaný cíl Meada, byl tranzistor velmi podobný tomu, který Mead původně popsal.

Design Mead – Conway VLSI

Mead byl první, kdo předpověděl možnost vytvoření milionů tranzistorů na čipu. Jeho předpověď naznačovala, že k dosažení takové škálovatelnosti budou muset dojít k zásadním změnám v technologii. Mead byl jedním z prvních výzkumných pracovníků, kteří zkoumali techniky velmi rozsáhlé integrace, navrhování a vytváření vysoce komplexních mikročipů.

Vyučoval první kurz designu LSI na světě na Caltech v roce 1970. V průběhu sedmdesátých let, se zapojením a zpětnou vazbou z řady tříd, Mead rozvinul své myšlenky integrovaného obvodu a návrhu systému. Pracoval s Ivanem Sutherlandem a Frederickem B. Thompsonem na založení informatiky jako oddělení na Caltech, k čemuž formálně došlo v roce 1976. Také v roce 1976 byl Mead spoluautorem zprávy DARPA s Ivanem Sutherlandem a Thomasem Eugenem Everhartem , která hodnotila omezení současného výroba mikroelektroniky a doporučení výzkumu důsledků návrhu systému na „velmi rozsáhlé integrované obvody“.

Počínaje rokem 1975 Carver Mead spolupracoval s Lynn Conway z Xerox PARC . Vyvinuli orientační text Úvod do systémů VLSI , publikovaný v roce 1979, důležitý průkopník revoluce Mead a Conway . Průkopnická učebnice používaná ve vzdělávání VLSI v integrovaných obvodech po celém světě po celá desetiletí. Distribuce kapitol raného předtisku ve třídách a mezi dalšími výzkumnými pracovníky vzbudila velký zájem a vytvořila komunitu lidí, které tento přístup zajímá. Ukázali také proveditelnost víceprojektové metodiky sdílené oplatky při vytváření čipů pro studenty ve svých třídách.

Jejich práce způsobila změnu paradigmatu , „zásadní přehodnocení“ vývoje integrovaných obvodů a „revoluci ve světě počítačů“. V roce 1981, Mead a Conway obdržel Cenu za úspěch od Electronics Magazine jako uznání jejich příspěvků. O více než 30 let později je dopad jejich práce stále posuzován.

Na základě myšlenek návrhu VLSI vytvořil Mead a jeho doktorand David L. Johannsen první křemíkový překladač , který je schopen přijímat specifikace uživatele a automaticky generovat integrovaný obvod. Medovina, Johannsen, Edmund K. Cheng a další tvořil Silicon překladače Inc. (SCI) v roce 1981. SCI navrhl jeden z klíčových čipů pro Digital Equipment Corporation je MicroVAX minipočítač.

Mead a Conway položily základy pro vývoj MOSIS (Metal Oxide Semiconductor Implementation Service) a výrobu prvního čipu CMOS . Mead obhajoval myšlenku výroby bez fabií, ve které zákazníci specifikují své designové potřeby fabless polovodičovým společnostem. Společnosti poté navrhnou speciální čipy a zadají výrobu čipů levnějším zámořským slévárnám polovodičů .

Neurální modely výpočetní techniky

Next Mead začal zkoumat potenciál pro modelování biologických systémů výpočtu: mozky zvířat a lidí. Jeho zájem o biologické modely sahá nejméně do roku 1967, kdy se setkal s biofyzikem Maxem Delbrückem . Delbrück stimuloval Meadův zájem o fyziologii transduktorů , transformace, ke kterým dochází mezi fyzickým vstupem zahajujícím percepční proces a eventuálními percepčními jevy.

Při pozorování odstupňovaného synaptického přenosu v sítnici se Mead začal zajímat o potenciál zacházet s tranzistory jako s analogovými zařízeními, nikoli s digitálními přepínači. Zaznamenal paralely mezi náboji pohybujícími se v tranzistorech MOS provozovaných ve slabé inverzi a náboji proudícími přes membrány neuronů. Spolupracoval s Johnem Hopfieldem a nositelem Nobelovy ceny Richardem Feynmanem a pomohl vytvořit tři nová pole: neurální sítě , neuromorfní inženýrství a fyziku výpočtu . Meadovi, považovanému za zakladatele neuromorfního inženýrství, se připisuje termín „neuromorfní procesory“.

Společnost Mead byla tehdy úspěšná při hledání financování rizikovým kapitálem na podporu začátku řady společností, částečně kvůli časnému spojení s Arnoldem Beckmanem , předsedou správní rady Caltechu. Mead uvedl, že jeho preferovaným přístupem k vývoji je „technologický posun“, zkoumání něčeho zajímavého a poté pro to vývoj užitečných aplikací.

Dotek

V roce 1986 založili Mead a Federico Faggin Synaptics Inc. k vývoji analogových obvodů založených na teoriích neuronových sítí, vhodných pro použití při rozpoznávání zraku a řeči. Prvním produktem, který Synaptics uvedl na trh, byl počítačový touchpad citlivý na tlak , což je forma snímací technologie, která rychle nahradila trackball a myš v přenosných počítačích. Touchpad Synaptics byl mimořádně úspěšný, v jednom okamžiku zachytil 70% trhu s touchpadem.

Sluch

V roce 1988 Richard F. Lyon a Carver Mead popsali vytvoření analogového hlemýždě , modelování fluidně dynamického systému pohyblivých vln sluchové části vnitřního ucha. Lyon dříve popsal výpočetní model pro práci hlemýždě. Taková technologie měla potenciální aplikace ve sluchadlech, kochleárních implantátech a různých zařízeních pro rozpoznávání řeči. Jejich práce inspirovala pokračující výzkum pokoušející se vytvořit křemíkový analog, který by mohl emulovat kapacity zpracování signálu biologického kochlea.

V roce 1991 Mead pomohl vytvořit Sonix Technologies, Inc. (později Sonic Innovations Inc.). Mead navrhl počítačový čip pro jejich sluchadla. Kromě toho, že byl čip malý, byl údajně nejsilnějším použitým ve sluchadle. V září 1998 došlo k vydání prvního produktu společnosti, sluchadla Natura.

Vidění

Na konci 80. let Mead doporučil Mishovi Mahowaldovi , doktorandovi ve výpočetních a neurálních systémech, vyvinout silikonovou sítnici pomocí analogových elektrických obvodů k napodobení biologických funkcí tyčových buněk , kuželových buněk a dalších excitabilních buněk v sítnici oko. Mahowaldova diplomová práce z roku 1992 obdržela doktorskou cenu Caltona Miltona a Francise Clausera za originalitu a „potenciál pro otevírání nových cest lidského myšlení a úsilí“. V roce 2001 byla její práce považována za „dosud nejlepší pokus“ vyvinout stereoskopický systém vidění. Mead pokračoval v popisu adaptivní křemíkové sítnice pomocí dvourozměrné odporové sítě k modelování první vrstvy vizuálního zpracování ve vnější plexiformní vrstvě sítnice.

Kolem roku 1999 založili Mead a další společnost Foveon , Inc. v Santa Claře v Kalifornii, aby vyvíjeli novou technologii digitálních fotoaparátů založenou na neurálně inspirovaných CMOS obrazových čidlech / čipech pro zpracování . Obrazové senzory v digitálním fotoaparátu Foveon X3 zachytily více barev pro každý pixel a detekovaly červenou, zelenou a modrou barvu na různých úrovních v křemíkovém senzoru. To poskytlo úplnější informace a lepší kvalitu fotografií ve srovnání se standardními fotoaparáty, které detekují jednu barvu na pixel. Bylo oslavováno jako revoluční. V roce 2005, Carver Mead, Richard B. Merrill a Richard Lyon z Foveon získali Progress medaili na Královské fotografické společnosti pro rozvoj snímače Foveon X3 .

Synapsí

Práce Mead je základem vývoje počítačových procesorů, jejichž elektronické součásti jsou propojeny způsoby, které se podobají biologickým synapsím . V letech 1995 a 1996 Mead, Hasler, Diorio a Minch představili jedno-tranzistorové křemíkové synapsy schopné analogových výukových aplikací a dlouhodobé paměti . Mead propagoval použití tranzistorů s plovoucí bránou jako prostředku energeticky nezávislého úložiště pro neuromorfní a jiné analogové obvody.

Mead a Diorio založili poskytovatele radiofrekvenční identifikace (RFID) Impinj na základě jejich práce s tranzistory s plovoucí bránou (FGMOS). S využitím nízkoenergetických metod ukládání poplatků na FGMOS vyvinul Impinj aplikace pro ukládání paměti flash a tagy radiofrekvenční identity .

Rekonceptualizace fyziky

Carver Mead vyvinul přístup, který nazývá Kolektivní elektrodynamika , ve kterém jsou elektromagnetické efekty, včetně kvantovaného přenosu energie, odvozeny z interakcí vlnových funkcí elektronů, které se chovají kolektivně. V této formulaci je foton je non-jednotka, a energeticky frekvence vztah Planckova pochází z interakcí elektronů eigenstates . Tento přístup souvisí s transakční interpretací kvantové mechaniky Johna Cramera , s teorií elektrodynamiky Wheeler – Feynmanova absorbéru a s raným popisem výměny elektromagnetické energie v nulovém intervalu v časoprostoru Gilberta N. Lewise .

Toto rekonceptualizace vytváří předpovědi, které se liší od obecné relativity. Gravitační vlny by například měly mít jinou polarizaci pod „ G4v “, což je název této nové gravitační teorie. Tento rozdíl v polarizaci lze navíc detekovat pomocí pokročilého LIGO .

Společnosti

Mead se podílela na založení nejméně 20 společností. Následující seznam uvádí některé z nejvýznamnějších a jejich hlavní příspěvky.

  • Lexitron, zpracování textu videotypu
  • Actel , polní programovatelná hradlová pole
  • Foveon , křemíkové senzory pro fotografické zobrazování
  • Impinj , samoadaptivní mikročipy pro flash paměť a RFID
  • Silikonové kompilátory, design integrovaných obvodů
  • Sonic Innovations, počítačové čipy pro sluchadla
  • Synaptics , dotykové podložky pro počítače
  • Silerity , automatizovaný software pro návrh čipů

Ocenění

externí odkazy

Knihovní zdroje o
Carver Mead
Autor: Carver Mead
  • Oficiální webové stránky
  • Centrum pro orální historii. „Řezbář A. Mead“ . Ústav dějin vědy .
  • Thackray, Arnold; Brock, David C. (15. srpna 2005). Carver A. Mead, Přepis rozhovorů vedených Arnoldem Thackrayem a Davidem C. Brockem ve Woodside v Kalifornii dne 30. září 2004, 8. prosince 2004 a 15. srpna 2005 (PDF) . Philadelphia, PA: Nadace pro chemické dědictví .
  • Mead, Carver A .; Cohen, Shirley K. (17. července 1996). „Rozhovor s Carverem A. Meadem (1934–)“ (PDF) . Projekt orální historie . Pasadena, Kalifornie: Kalifornský institut technologických archivů.
  • Carver A. Mead Papers Caltech Archives, California Institute of Technology.

Reference