Carver Andress Mead (nacido el 1 de mayo de 1934) es un científico e ingeniero estadounidense. Actualmente ocupa el cargo de Profesor Emérito de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Gordon y Betty Moore en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), donde ha enseñado durante más de 40 años. [1] Enseñó a Deborah Chung , la primera mujer graduada en ingeniería de Caltech. [2] Asesoró a la primera estudiante de ingeniería eléctrica en Caltech, Louise Kirkbride . [3] Sus contribuciones como profesor incluyen el clásico libro de texto Introducción a los sistemas VLSI (1980), del cual fue coautor con Lynn Conway .
Carver Mead | |
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Nació | Carver Andress Mead 1 de mayo de 1934 Bakersfield, California , Estados Unidos |
Nacionalidad | americano |
Premios | Medalla Nacional de Tecnología 2011 Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento Becario del Museo de Historia de la Computación (2002) |
Carrera científica | |
Tesis | Análisis de conmutación de transistores (1960) |
Asesor de doctorado | RD Middlebrook Robert V. Langmuir |
Video externo | |
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Carver Mead, ganador del premio Lemelson-MIT 1999 , Fundación Lemelson | |
Carver Mead - Semiconductors , 17 de abril de 2014, The Official ACM | |
Carver Mead presenta The Universe and Us: An Integrated Theory of Electromagnetics and Gravitation , TTI / Vanguard |
Pionero de la microelectrónica moderna , ha realizado contribuciones al desarrollo y diseño de semiconductores , chips digitales y compiladores de silicio , tecnologías que forman la base del diseño moderno de chips de integración a muy gran escala . En la década de 1980, se centró en el modelado electrónico de la neurología y la biología humanas, creando " sistemas electrónicos neuromórficos ". [4] [5] [6] Mead ha participado en la fundación de más de 20 empresas. [7] Más recientemente, ha pedido la reconceptualización de la física moderna, revisando los debates teóricos de Niels Bohr , Albert Einstein y otros a la luz de experimentos y desarrollos posteriores en instrumentación. [8]
Temprana edad y educación
Carver Andress Mead nació en Bakersfield, California y creció en Kernville, California . Su padre trabajaba en una planta de energía en el Proyecto Hidroeléctrico Big Creek , propiedad de Southern California Edison Company . [8] Carver asistió a una pequeña escuela local durante algunos años, luego se mudó a Fresno, California para vivir con su abuela para poder asistir a una escuela secundaria más grande. [3] Se interesó por la electricidad y la electrónica desde muy joven, viendo el trabajo en la planta de energía, experimentando con equipos eléctricos, calificando para una licencia de radioaficionado y en la escuela secundaria trabajando en estaciones de radio locales. [9]
Mead estudió ingeniería eléctrica en Caltech, obteniendo su licenciatura en 1956, su maestría en 1957 y su doctorado en 1960. [10] [11]
Microelectrónica
Las contribuciones de Mead han surgido de la aplicación de la física básica al desarrollo de dispositivos electrónicos, a menudo de formas novedosas. Durante la década de 1960, llevó a cabo investigaciones sistemáticas sobre el comportamiento energético de los electrones en aisladores y semiconductores, desarrollando un conocimiento profundo del efecto túnel de electrones , el comportamiento de barrera y el transporte de electrones calientes . [12] En 1960, fue la primera persona en describir y demostrar un dispositivo de estado sólido de tres terminales basado en los principios operativos de túnel de electrones y transporte de electrones calientes. [13] En 1962 demostró que al utilizar la emisión de túnel, los electrones calientes retienen energía cuando viajan distancias nanométricas en oro. [14] Sus estudios de compuestos III-V (con WG Spitzer) establecieron la importancia de los estados de interfaz, sentando las bases para la ingeniería de banda prohibida y el desarrollo de dispositivos de heterounión . [12] [15] [16] [17]
GaAs MESFET
En 1966, Mead diseñó el primer transistor de efecto de campo de puerta de arseniuro de galio utilizando un diodo de barrera Schottky para aislar la puerta del canal. [18] Como material, el GaAs ofrece una movilidad de electrones mucho mayor y una mayor velocidad de saturación que el silicio. [19] El GaAs MESFET se convirtió en el dispositivo semiconductor de microondas dominante, utilizado en una variedad de productos electrónicos inalámbricos de alta frecuencia , incluidos los sistemas de comunicación por microondas en radiotelescopios , antenas parabólicas y teléfonos móviles. El trabajo de Carver en MESFET también se convirtió en la base para el posterior desarrollo de HEMT por Fujitsu en 1980. Los HEMT, como los MESFET, son dispositivos de modo de acumulación utilizados en receptores de microondas y sistemas de telecomunicaciones. [19]
Ley de moore
Gordon Moore le atribuye a Mead haber acuñado el término ley de Moore , [20] para denotar la predicción que hizo Moore en 1965 sobre la tasa de crecimiento del recuento de componentes, "un componente que es un transistor, resistor, diodo o condensador", [21] montaje en un solo circuito integrado. Moore y Mead comenzaron a colaborar alrededor de 1959 cuando Moore le dio a Mead transistores de "rechazo cosmético" de Fairchild Semiconductor para que sus estudiantes los usaran en sus clases. Durante la década de 1960, Mead hizo visitas semanales a Fairchild, visitando los laboratorios de investigación y desarrollo y discutiendo su trabajo con Moore. Durante una de sus discusiones, Moore le preguntó a Mead si el efecto túnel de electrones podría limitar el tamaño de un transistor viable. Cuando se le dijo que lo haría, preguntó cuál sería el límite. [22]
Estimulados por la pregunta de Moore, Mead y sus estudiantes comenzaron un análisis basado en la física de posibles materiales, tratando de determinar un límite inferior para la Ley de Moore. En 1968, Mead demostró, contrariamente a las suposiciones comunes, que a medida que los transistores disminuyeran de tamaño, no se volverían más frágiles, calientes, caros o lentos. Más bien, argumentó que los transistores se volverían más rápidos, mejores, más fríos y más baratos a medida que se miniaturizaran. [23] Sus resultados fueron recibidos inicialmente con considerable escepticismo, pero a medida que los diseñadores experimentaron, los resultados apoyaron su afirmación. [22] En 1972, Mead y el estudiante de posgrado Bruce Hoeneisen predijeron que los transistores podrían fabricarse tan pequeños como 0,15 micrones. Este límite inferior del tamaño del transistor era considerablemente menor de lo que se esperaba en general. [23] A pesar de las dudas iniciales, la predicción de Mead influyó en el desarrollo de la tecnología submicrónica por parte de la industria informática. [22] Cuando se logró el objetivo previsto de Mead en el desarrollo real del transistor en 2000, el transistor era muy similar al que Mead había descrito originalmente. [24]
Diseño Mead – Conway VLSI
Mead fue el primero en predecir la posibilidad de crear millones de transistores en un chip. Su predicción implicaba que tendrían que ocurrir cambios sustanciales en la tecnología para lograr tal escalabilidad. Mead fue uno de los primeros investigadores en investigar técnicas para la integración a muy gran escala, diseñando y creando microchips de alta complejidad. [25]
Impartió el primer curso de diseño LSI del mundo , en Caltech en 1970. A lo largo de la década de 1970, con la participación y la retroalimentación de una sucesión de clases, Mead desarrolló sus ideas de diseño de sistemas y circuitos integrados. Trabajó con Ivan Sutherland y Frederick B. Thompson para establecer la informática como un departamento en Caltech, lo que ocurrió formalmente en 1976. [26] [27] También en 1976, Mead fue coautor de un informe de DARPA con Ivan Sutherland y Thomas Eugene Everhart. , evaluando las limitaciones de la fabricación actual de microelectrónica y recomendando la investigación sobre las implicaciones del diseño de sistemas de los "circuitos integrados a muy gran escala". [28]
A partir de 1975, Carver Mead colaboró con Lynn Conway de Xerox PARC . [25] Desarrollaron el texto histórico Introducción a los sistemas VLSI , publicado en 1979, una importante punta de lanza de la revolución de Mead y Conway . [29] Un libro de texto pionero, se ha utilizado en la educación de circuitos integrados VLSI en todo el mundo durante décadas. [30] La circulación de los primeros capítulos preimpresos en las clases y entre otros investigadores atrajo un interés generalizado y creó una comunidad de personas interesadas en el enfoque. [31] También demostraron la viabilidad de la metodología de obleas compartidas de proyectos múltiples, creando chips para los estudiantes en sus clases. [32] [33] [34] [35]
Su trabajo provocó un cambio de paradigma , [35] una "reevaluación fundamental" del desarrollo de los circuitos integrados, [25] y "revolucionó el mundo de las computadoras". [36] En 1981, Mead y Conway recibieron el Premio al Logro de la revista Electronics Magazine en reconocimiento a sus contribuciones. [25] Más de 30 años después, todavía se está evaluando el impacto de su trabajo. [37]
Basándose en las ideas del diseño VLSI, Mead y su estudiante de doctorado David L. Johannsen crearon el primer compilador de silicio , capaz de tomar las especificaciones de un usuario y generar automáticamente un circuito integrado. [38] [39] Mead, Johannsen, Edmund K. Cheng y otros formada silicio compiladores Inc. (SCI) en 1981. SCI diseñado uno de los chips clave para Digital Equipment Corporation 's MicroVAX minicomputadora. [39] [40]
Mead y Conway sentaron las bases para el desarrollo del MOSIS (Servicio de implementación de semiconductores de óxido metálico) y la fabricación del primer chip CMOS . [37] Mead abogó por la idea de la fabricación sin fábrica en la que los clientes especifican sus necesidades de diseño a las empresas de semiconductores sin fábrica . Luego, las empresas diseñan chips para propósitos especiales y subcontratan la fabricación del chip a fundiciones de semiconductores en el extranjero menos costosas . [41]
Modelos neuronales de computación
Luego, Mead comenzó a explorar el potencial para modelar sistemas biológicos de computación: cerebros animales y humanos. Su interés por los modelos biológicos se remonta al menos a 1967, cuando conoció al biofísico Max Delbrück . Delbrück había estimulado el interés de Mead en la fisiología de los transductores , las transformaciones que ocurren entre la entrada física que inicia un proceso perceptivo y los eventuales fenómenos perceptivos. [42]
Al observar la transmisión sináptica graduada en la retina, Mead se interesó en el potencial de tratar los transistores como dispositivos analógicos en lugar de interruptores digitales. [43] Observó paralelismos entre cargas que se mueven en transistores MOS operados en inversión débil y cargas que fluyen a través de las membranas de las neuronas. [44] Trabajó con John Hopfield y el premio Nobel Richard Feynman , ayudando a crear tres nuevos campos: redes neuronales , ingeniería neuromórfica y la física de la computación . [11] A Mead, considerado uno de los fundadores de la ingeniería neuromórfica, se le atribuye haber acuñado el término "procesadores neuromórficos". [4] [6] [45]
Mead tuvo éxito en encontrar fondos de capital de riesgo para apoyar el inicio de varias empresas, en parte debido a una conexión temprana con Arnold Beckman , presidente de la Junta de Fideicomisarios de Caltech. [11] Mead ha dicho que su enfoque preferido para el desarrollo es el "impulso tecnológico", explorando algo interesante y luego desarrollando aplicaciones útiles para ello. [46]
Tocar
En 1986, Mead y Federico Faggin fundaron Synaptics Inc. para desarrollar circuitos analógicos basados en teorías de redes neuronales, adecuados para su uso en el reconocimiento de la visión y el habla. El primer producto que Synaptics lanzó al mercado fue un panel táctil de computadora sensible a la presión , una forma de tecnología de detección que reemplazó rápidamente al trackball y al mouse en las computadoras portátiles. [47] [48] El panel táctil Synaptics fue extremadamente exitoso, en un momento capturó el 70% del mercado de los paneles táctiles. [23]
Escuchando
En 1988, Richard F. Lyon y Carver Mead describieron la creación de una cóclea analógica , modelando el sistema fluido-dinámico de ondas viajeras de la porción auditiva del oído interno. [49] Lyon había descrito previamente un modelo computacional para el trabajo de la cóclea. [50] Dicha tecnología tenía aplicaciones potenciales en audífonos, implantes cocleares y una variedad de dispositivos de reconocimiento de voz. Su trabajo ha inspirado investigaciones en curso que intentan crear un análogo de silicio que pueda emular las capacidades de procesamiento de señales de una cóclea biológica. [51] [52]
En 1991, Mead ayudó a formar Sonix Technologies, Inc. (más tarde Sonic Innovations Inc.). Mead diseñó el chip de computadora para sus audífonos. Además de ser pequeño, se decía que el chip era el más potente utilizado en un audífono. El lanzamiento del primer producto de la empresa, el audífono Natura, tuvo lugar en septiembre de 1998. [53]
Visión
A finales de la década de 1980, Mead aconsejó a Misha Mahowald , una estudiante de doctorado en computación y sistemas neuronales, que desarrollara la retina de silicio, utilizando circuitos eléctricos analógicos para imitar las funciones biológicas de las células bastón , las células cónicas y otras células excitables en la retina del cerebro. ojo. [54] La tesis de Mahowald en 1992 recibió el Premio de Doctorado Milton y Francis Clauser de Caltech por su originalidad y "potencial para abrir nuevas vías de pensamiento y esfuerzo humanos". [55] En 2001[actualizar]su trabajo fue considerado "el mejor intento hasta la fecha" para desarrollar un sistema de visión estereoscópica. [56] Mead pasó a describir una retina de silicio adaptativa, utilizando una red resistiva bidimensional para modelar la primera capa de procesamiento visual en la capa plexiforme externa de la retina. [57]
Alrededor de 1999, Mead y otros establecieron Foveon , Inc. en Santa Clara, California, para desarrollar una nueva tecnología de cámara digital basada en chips de procesamiento / sensor de imagen CMOS de inspiración neuronal . [23] Los sensores de imagen de la cámara digital Foveon X3 capturaron varios colores para cada píxel, detectando rojo, verde y azul en diferentes niveles en el sensor de silicio. Esto proporcionó información más completa y fotos de mejor calidad en comparación con las cámaras estándar, que detectan un color por píxel. [58] Ha sido aclamado como revolucionario. [23] En 2005, Carver Mead, Richard B. Merrill y Richard Lyon de Foveon recibieron la Medalla de Progreso de la Royal Photographic Society por el desarrollo del sensor Foveon X3 . [59]
Sinapsis
El trabajo de Mead es la base del desarrollo de procesadores de computadora cuyos componentes electrónicos están conectados en formas que se asemejan a las sinapsis biológicas . [45] En 1995 y 1996 Mead, Hasler, Diorio y Minch presentaron sinapsis de silicio de un solo transistor capaces de aplicaciones de aprendizaje analógico [60] y almacenamiento de memoria a largo plazo . [61] Mead fue pionero en el uso de transistores de puerta flotante como medio de almacenamiento no volátil para circuitos neuromórficos y otros circuitos analógicos. [62] [63] [64] [65]
Mead y Diorio fundaron el proveedor de identificación por radiofrecuencia (RFID) Impinj , basándose en su trabajo con transistores de puerta flotante (FGMOS). Utilizando métodos de bajo consumo de energía para almacenar cargas en FGMOS, Impinj desarrolló aplicaciones para almacenamiento de memoria flash y etiquetas de identidad por radiofrecuencia . [46] [66]
Reconceptualizar la física
Carver Mead ha desarrollado un enfoque que él llama Electrodinámica Colectiva , en el que los efectos electromagnéticos, incluida la transferencia de energía cuantificada, se derivan de las interacciones de las funciones de onda de los electrones que se comportan colectivamente. [67] En esta formulación, el fotón no es una entidad, y la relación energía-frecuencia de Planck proviene de las interacciones de los estados propios de los electrones . El enfoque está relacionado con la interpretación transaccional de John Cramer de la mecánica cuántica, con la teoría de la electrodinámica del absorbedor de Wheeler-Feynman y con la descripción temprana de Gilbert N. Lewis del intercambio de energía electromagnética a intervalo cero [ aclaración necesaria ] en el espacio-tiempo .
Esta reconceptualización hace predicciones que difieren de la relatividad general. [68] Por ejemplo, las ondas gravitacionales deberían tener una polarización diferente bajo " G4v ", el nombre dado a esta nueva teoría de la gravedad. Además, esta diferencia de polarización puede detectarse mediante LIGO avanzado . [69]
Compañías
Mead ha participado en la fundación de al menos 20 empresas. La siguiente lista indica algunos de los más significativos y sus principales aportes.
- Actel , arreglos de puertas programables en campo [7] [46]
- Foveon , sensores de silicio para imágenes fotográficas [9] [42] [46]
- Impinj , microchips autoadaptables para memoria flash y RFID [9] [70]
- Compiladores de silicio, diseño de circuitos integrados [7]
- Sonic Innovations, chips de computadora para audífonos [7]
- Synaptics , almohadillas táctiles para ordenadores [7] [46]
- Silerity , software de diseño de chips automatizado [71]
Premios
- 2011 Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento de Tecnologías de la Información y la Comunicación "... por su influyente pensamiento en la tecnología del silicio. Su trabajo ha permitido el desarrollo de los microchips que impulsan los dispositivos electrónicos (portátiles, tabletas, smartphones, reproductores de DVD) omnipresentes en nuestras vidas diarias." [72]
- 2005, Medalla de Progreso de la Royal Photographic Society [73]
- 2002, Medalla Nacional de Tecnología [7] [74]
- 2002, Becario del Museo de Historia de la Computación "por sus contribuciones en ser pioneros en la automatización, metodología y enseñanza del diseño de circuitos integrados". [1]
- 2001, Premio Dickson de Ciencias , premio anunciado en 2001, conferencia el 19 de marzo de 2002 [75]
- 1999, Premio Lemelson-MIT [76] [9]
- 1997, Premio Allen Newell , Asociación de Maquinaria de Computación [5] [9]
- 1996, Medalla John Von Neumann , Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos [9]
- 1996, Premio Phil Kaufman por su impacto en la industria del diseño electrónico [77]
- 1992, Premio a la Investigación Destacada, Sociedad Internacional de Redes Neuronales [9]
- 1985, Medalla John Price Wetherill del Instituto Franklin , con Lynn Conway [78]
- 1985, Premio en memoria de Harry H. Goode , Federación Estadounidense de Sociedades de Procesamiento de Información [9]
- 1984, premio Harold Pender , con Lynn Conway [79]
- 1981, Premio a los logros de la revista Electronics , con Lynn Conway [25]
enlaces externos
- Página web oficial
- Centro de Historia Oral. "Carver A. Mead" . Instituto de Historia de la Ciencia .
- Thackray, Arnold; Brock, David C. (15 de agosto de 2005). Carver A. Mead, Transcripción de entrevistas realizadas por Arnold Thackray y David C. Brock en Woodside, California, el 30 de septiembre de 2004, el 8 de diciembre de 2004 y el 15 de agosto de 2005 (PDF) . Filadelfia, PA: Chemical Heritage Foundation .
- Mead, Carver A .; Cohen, Shirley K. (17 de julio de 1996). "Entrevista con Carver A. Mead (1934–)" (PDF) . Proyecto de Historia Oral . Pasadena, California: Archivos del Instituto de Tecnología de California.
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