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Carver Mead

Carver Andress Mead (nacido el 1 de mayo de 1934) es un científico e ingeniero estadounidense. Actualmente ocupa el cargo de Profesor Emérito Gordon y Betty Moore de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), donde ha enseñado durante más de 40 años. [1]

Pionero de la microelectrónica moderna , Mead ha contribuido 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 . Mead también ha participado en la fundación de más de 20 empresas. [2]

En la década de 1980, Mead se centró en el modelado electrónico de la neurología y la biología humanas, creando " sistemas electrónicos neuromórficos ". [3] [4] [5] 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. [6]

Las contribuciones de Mead como docente incluyen el libro de texto clásico Introducción a los sistemas VLSI (1980), del que fue coautor con Lynn Conway . También enseñó a Deborah Chung , la primera mujer graduada en ingeniería de Caltech, [7] y asesoró a Louise Kirkbride, la primera estudiante de ingeniería eléctrica de la escuela. [8] [9]

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 . [6] Carver asistió a una pequeña escuela local durante algunos años, luego se mudó a Fresno, California, para vivir con su abuela y poder asistir a una escuela secundaria más grande. [8] Se interesó por la electricidad y la electrónica desde muy joven, viendo el trabajo en la planta de energía, experimentando con equipos eléctricos, obteniendo una licencia de radioaficionado y en la escuela secundaria trabajando en estaciones de radio locales. [10]

Mead estudió ingeniería eléctrica en Caltech, obtuvo su licenciatura en 1956, su maestría en 1957 y su doctorado en 1960. [11] [12]

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 profundo conocimiento de la tunelización de electrones , el comportamiento de las barreras y el transporte de electrones calientes . [13] En 1960, fue la primera persona en describir y demostrar un dispositivo de estado sólido de tres terminales basado en los principios operativos de tunelización de electrones y transporte de electrones calientes. [14] En 1962 demostró que utilizando la emisión de túnel, los electrones calientes retenían energía cuando viajaban distancias nanométricas en oro. [15] 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 . [13] [16] [17] [18]

MESFET de GaAs

En 1966, Mead diseñó el primer transistor de efecto de campo con puerta de arseniuro de galio utilizando un diodo de barrera Schottky para aislar la puerta del canal. [19] Como material, el GaAs ofrece una movilidad de electrones mucho mayor y una mayor velocidad de saturación que el silicio. [20] El MESFET de GaAs se convirtió en el dispositivo semiconductor de microondas dominante, utilizado en una variedad de dispositivos electrónicos inalámbricos de alta frecuencia , incluidos sistemas de comunicación por microondas en radiotelescopios , antenas parabólicas y teléfonos celulares. El trabajo de Carver sobre MESFET también se convirtió en la base para el desarrollo posterior de HEMT por parte de Fujitsu en 1980. Los HEMT, como los MESFET, son dispositivos de modo de acumulación utilizados en receptores de microondas y sistemas de telecomunicaciones. [20]

ley de moore

Gordon Moore le atribuye a Mead haber acuñado el término ley de Moore , [21] para denotar la predicción que Moore hizo en 1965 sobre la tasa de crecimiento del recuento de componentes, "un componente es un transistor, resistencia, diodo o capacitor", [22] Montaje en un único 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 alumnos los usaran en sus clases. Durante la década de 1960, Mead realizó visitas semanales a Fairchild, visitó los laboratorios de investigación y desarrollo y discutió su trabajo con Moore. Durante una de sus discusiones, Moore preguntó a Mead si la tunelización de electrones podría limitar el tamaño de un transistor viable. Cuando le dijeron que así sería, preguntó cuál sería el límite. [23]

Estimulados por la pregunta de Moore, Mead y sus estudiantes comenzaron un análisis de posibles materiales basado en la física, 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, ni más calientes, ni más caros, ni más lentos. Más bien, argumentó que los transistores serían más rápidos, mejores, más fríos y más baratos a medida que se miniaturizaran. [24] Inicialmente, sus resultados fueron recibidos con considerable escepticismo, pero a medida que los diseñadores experimentaron, los resultados respaldaron su afirmación. [23] En 1972, Mead y el estudiante de posgrado Bruce Hoeneisen predijeron que los transistores podrían fabricarse con un tamaño tan pequeño como 0,15 micrones. Este límite inferior del tamaño del transistor era considerablemente menor de lo que generalmente se esperaba. [24] A pesar de las dudas iniciales, la predicción de Mead influyó en el desarrollo de la tecnología submicrónica en la industria informática. [23] Cuando se logró el objetivo previsto por Mead en el desarrollo real del transistor en 2000, el transistor era muy similar al que Mead había descrito originalmente. [25]

Diseño VLSI de Mead-Conway

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 de integración a muy gran escala, diseñando y creando microchips de alta complejidad. [26]

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. [27] [28] También en 1976, Mead fue coautor de un informe DARPA con Ivan Sutherland y Thomas Eugene Everhart. , evaluando las limitaciones de la fabricación de microelectrónica actual y recomendando investigaciones sobre las implicaciones del diseño de sistemas de "circuitos integrados a muy gran escala". [29]

A partir de 1975, Carver Mead colaboró ​​con Lynn Conway de Xerox PARC . [26] Desarrollaron el texto histórico Introducción a los sistemas VLSI , publicado en 1979, una importante punta de lanza de la revolución de Mead y Conway . [30] Un libro de texto pionero, se ha utilizado en la educación sobre circuitos integrados VLSI en todo el mundo durante décadas. [31] 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. [32] También demostraron la viabilidad de la metodología de obleas compartidas de múltiples proyectos, creando chips para los estudiantes en sus clases. [33] [34] [35] [36]

Su trabajo provocó un cambio de paradigma , [36] una "reevaluación fundamental" del desarrollo de los circuitos integrados, [26] y "revolucionó el mundo de las computadoras". [37] En 1981, Mead y Conway recibieron el premio al logro de la revista Electronics en reconocimiento a sus contribuciones. [26] Más de 30 años después, el impacto de su trabajo todavía se está evaluando. [38]

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. [39] [40] Mead, Johannsen, Edmund K. Cheng y otros formaron Silicon Compilers Inc. (SCI) en 1981. SCI diseñó uno de los chips clave para la minicomputadora MicroVAX de Digital Equipment Corporation . [40] [41]

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 . [38] 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 de chips a fundiciones de semiconductores menos costosas en el extranjero . [42]

Modelos neuronales de informática.

A continuación, 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 por la fisiología de los transductores , las transformaciones que se producen entre la entrada física que inicia un proceso de percepción y los eventuales fenómenos perceptivos. [43]

Al observar la transmisión sináptica graduada en la retina, Mead se interesó en la posibilidad de tratar los transistores como dispositivos analógicos en lugar de interruptores digitales. [44] Notó paralelos entre las cargas que se mueven en los transistores MOS operados en inversión débil y las cargas que fluyen a través de las membranas de las neuronas. [45] 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 . [12] A Mead, considerado uno de los fundadores de la ingeniería neuromórfica, se le atribuye haber acuñado el término "procesadores neuromórficos". [3] [5] [46]

Luego, Mead logró encontrar financiación de capital de riesgo para apoyar el inicio de varias empresas, en parte debido a una conexión temprana con Arnold Beckman , presidente del consejo de administración de Caltech. [12] Mead ha dicho que su enfoque preferido para el desarrollo es el "impulso tecnológico", explorando algo interesante y luego desarrollando aplicaciones útiles para ello. [47]

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 reconocimiento de visión y voz. 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 rápidamente reemplazó al trackball y al mouse en las computadoras portátiles. [48] ​​[49] El panel táctil Synaptics tuvo un gran éxito y en un momento capturó el 70% del mercado de paneles táctiles. [24]

Audiencia

En 1988, Richard F. Lyon y Carver Mead describieron la creación de una cóclea analógica , modelando el sistema fluidodinámico de ondas viajeras de la porción auditiva del oído interno. [50] Lyon había descrito previamente un modelo computacional para el trabajo de la cóclea. [51] Esta tecnología tenía aplicaciones potenciales en audífonos, implantes cocleares y una variedad de dispositivos de reconocimiento del habla. 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. [52] [53]

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. [54]

Visión

A finales de la década de 1980, Mead aconsejó a Misha Mahowald , estudiante de doctorado en computación y sistemas neuronales, que desarrollara la retina de silicio , utilizando circuitos eléctricos analógicos para imitar las funciones biológicas de los bastones , los conos y otras células excitables de la retina. ojo. [55] La tesis de Mahowald de 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". [56] En 2001, su trabajo fue considerado "el mejor intento hasta la fecha" para desarrollar un sistema de visión estereoscópica. [57] 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. [58]

Alrededor de 1999, Mead y otros fundaron Foveon , Inc. en Santa Clara, California, para desarrollar una nueva tecnología de cámara digital basada en sensores / procesadores de imágenes CMOS de inspiración neuronal . [24] Los sensores de imagen de la cámara digital Foveon X3 capturaron múltiples colores para cada píxel, detectando rojo, verde y azul en diferentes niveles en el sensor de silicio. Esto proporcionó información más completa y fotografías de mejor calidad en comparación con las cámaras estándar, que detectan un color por píxel. [59] Ha sido aclamado como revolucionario. [24] En 2005, Carver Mead, Richard B. Merrill y Richard Lyon de Foveon recibieron la Medalla del Progreso de la Royal Photographic Society , por el desarrollo del sensor Foveon X3 . [60]

Sinapsis

El trabajo de Mead subyace al desarrollo de procesadores informáticos cuyos componentes electrónicos están conectados de manera que se asemejan a las sinapsis biológicas . [46] En 1995 y 1996, Mead, Hasler, Diorio y Minch presentaron sinapsis de silicio de un solo transistor capaces de aplicaciones de aprendizaje analógico [61] y almacenamiento de memoria a largo plazo . [62] Mead fue pionero en el uso de transistores de puerta flotante como medio de almacenamiento no volátil para circuitos neuromórficos y otros circuitos analógicos. [63] [64] [65] [66]

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 baja potencia para almacenar cargas en FGMOS, Impinj desarrolló aplicaciones para almacenamiento de memoria flash y etiquetas de identidad de radiofrecuencia . [47] [67]

Reconceptualizando 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. [68] En esta formulación, el fotón no es una entidad, y la relación energía-frecuencia de Planck proviene de las interacciones de los estados propios del electrón . El enfoque está relacionado con la interpretación transaccional de la mecánica cuántica de John Cramer , con la teoría electrodinámica del absorbente de Wheeler-Feynman y con la descripción temprana de Gilbert N. Lewis del intercambio de energía electromagnética en el intervalo cero [ se necesita aclaración ] en el espacio-tiempo .

Aunque esta reconceptualización no pertenece a la gravitación, una extensión gravitacional de la misma hace predicciones que difieren de la relatividad general. [69] 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 . [70]

Compañías

Mead ha participado en la fundación de al menos 20 empresas. La siguiente lista indica algunos de los más significativos y sus principales aportaciones.

Premios

enlaces externos

Referencias

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