Кіріспе

Карвер Андресс Мид (1 мамыр 1934 жылы туған) – американдық ғалым және инженер. Қазіргі уақытта ол Калифорния технология институтында (Caltech) инженерлік және қолданбалы ғылымдар бойынша Гордон және Бетти Мур атындағы зейнеткер профессор қызметін атқарады, онда 40 жылдан астам оқытумен айналысты. Қазіргі заманғы микроэлектрониканың негізін салушылардың бірі Мид жартылай өткізгіштерді, цифрлық чиптерді және кремний компиляторларын әзірлеуге және жобалауға үлес қосты, бұл технологиялар қазіргі өте ірі масштабты интеграциялық чиптерді жобалаудың негізін құрайды. Мид сонымен қатар 20-дан астам компанияның құрылуына қатысты. Соңғы кезде ол қазіргі заманғы физиканы қайта қарауға шақырды, кейінірек жасалған тәжірибелер мен құралдардың дамуына сүйене отырып, Нильс Бордың, Альберт Эйнштейннің және басқалардың теориялық пікірталастарын қайта қарады. Сондай-ақ ол мектептегі алғашқы әйел электр инженері студенті Луиза Кёркбрайдқа кеңес берді.

Ерте өмір және білім

Карвер Андресс Мид Калифорния штатының Бейкерсфилд қаласында дүниеге келді және Калифорния штатының Кернвилл қаласында өсті. Оның әкесі Оңтүстік Калифорния Эдисон компаниясына тиесілі Биг Крик су электр стансасында жұмыс істеді. Карвер бірнеше жыл бойы шағын жергілікті мектепке қатысты, содан кейін үлкен орта мектепке бару үшін Фресно, Калифорнияға әжесіне көшіп кетті. Ол электр энергиясы мен электроникаға өте ерте жасынан қызығушылық танытты, электр стансасындағы жұмысты көрді, электр жабдықтарымен тәжірибе жасады, радио әуесқойларға арналған лицензия алды және орта мектепте жергілікті радиостанцияларда жұмыс істеді.

Микроэлектроника

Мидтің еңбегі негізгі физиканы электрондық құрылғыларды жасауға қолдану арқасында туындады, көбінесе бұрынғыдан өзгеше тәсілдермен. 1960 жылдары ол электрондардың изоляторлар мен жартылай өткізгіштердегі энергиялық қасиеттерін жүйелі түрде зерттеді, электрондық туннельдеу, кедергілердің мінез-құлқы және қызған электрондардың тасымалдануы туралы терең түсініктерге ие болды. 1962 жылы ол туннельдік эмиссияны пайдаланып, алтыннан нанометрлік қашықтықтарға жылдам қозғалғанда қызған электрондар энергиясын сақтайтынын көрсетті. Оның III-V қосылыстарын зерттеуі (W. G. Spitzer-мен бірлесе) интерфейстік күйлердің маңыздылығын анықтады, бұл энергиялық жолақты басқару және гетероқос құрылғыларын дамытуға негіз салды.

GaAs MESFET

1966 жылы Мид Schottky кедергілі диодын қолданып, қақпаны арнадан оқшаулайтын, галлий арсенидінен жасалған алғашқы өрістік эффектті транзисторды жасады. GaAs материалы кремнийге қарағанда едәуір жоғары электронды жылдамдыққа және қанығу жылдамдығына ие.

Мур заңы

Гордон Мур Мур заңы терминін жасаумен, 1965 жылы Мур жасаған компоненттер санының өсу қарқынына қатысты болжамын көрсету үшін пайдаланды, "компонент – транзистор, резистор, диод немесе конденсатор" болып табылады, олар бір интегралдық схемаға сыяды. Мур мен Мид 1959 жылы Мур Мидке Fairchild Semiconductor компаниясынан "косметикалық ақауы бар" транзисторларын студенттерінің сабақтарында қолдану үшін берген кезде бірлесіп жұмыс істеуді бастады. 1960 жылдары Мид апта сайын Fairchild компаниясына барып, зерттеу және әзірлеу зертханаларын аралап, Мурмен олардың жұмыстарын талқылады. Бір күрделі әңгіме барысында Мур Мидтен электрондық туннельдеудің жұмыс істейтін транзистордың өлшемін шектеуі мүмкін екенін сұрады. Оған "шектеуі мүмкін" делінгенде, ол "қандай шек бар?" деп сұрады. Мурдың сұрағына ынталанған Мид және оның студенттері Мур заңының ең төменгі шегін анықтауға тырысып, физикалық негізде мүмкін болатын материалдарды талдауды бастады. 1968 жылы Мид транзисторлардың көлемі кішірейгенде, олардың нашарлауына, қызып кетуіне, қымбаттауына немесе баяулауына себеп болмайтынын көрсетті. Керісінше, ол транзисторлар кішірейтілгенде жылдамырақ, жақсырақ, салқынырақ және арзанырақ болатынын айтты.

MeadConway VLSI жобалау

Мид бірінші болып чипте миллиондаған транзистор жасау мүмкіндігін болжады. Оның болжамы бойынша, мұндай масштабтауға қол жеткізу үшін технологияда маңызды өзгерістер болуы керек еді. Мид өте үлкен интеграция дәрежесіндегі техникаларды зерттеген алғашқы зерттеушілердің бірі болды, ол күрделі микрочиптерді жобалап, жасады. Сондай-ақ 1976 жылы Мид Иван Сазерленд және Томас Юджин Эверхартпен бірлесіп DARPA есебін жазды, ол қазіргі микроэлектроника өндірісінің шектеулерін бағалап, «өте үлкен ауқымды интегралды схемалардың» жүйелік дизайнына қатысты зерттеулерді ұсынды. 1975 жылдан бастап Карвер Мид Xerox PARC-тен Линн Конвеймен бірлесіп жұмыс істеді. Бұл – пионерлік оқулық, ондаған жылдар бойы бүкіл әлемде VLSI интегралды схемаларын оқытуда қолданылып келеді. Сыныптарда және басқа зерттеушілер арасында ерте басылған тараулардың таралуы кеңінен қызығушылық тудырып, осы тәсілге қызығушылық танытқан адамдардың қауымдастығын құрды. Олар студенттеріне өз сыныптарында чиптер жасау арқылы көп жобалы ортақ пластинка әдістемесінің мүмкіндігін көрсетті. Олардың жұмысы парадигмалық өзгеріске әкелді. 1981 жылы Мид пен Конвей өздерінің үлесі үшін Electronics Magazine журналының жетістіктер сыйлығын алды. VLSI дизайнының идеяларын пайдалана отырып, Мид және оның докторанты Дэвид Л. Йоханссен бірінші кремний компиляторын жасады, ол пайдаланушының талаптарын қабылдап, интегралдық схеманы автоматты түрде құрастырады. Мид, Йохансен, Эдмунд К. Ченг және басқалар 1981 жылы Silicon Compilers Inc. (SCI) компаниясын құрды. SCI Digital Equipment Corporation MicroVAX мини-компьютері үшін маңызды чиптердің бірін жасады. Мид пен Конвей MOSIS (Металл Оксиді Жартылай Өткізгішті Іске Асыру Қызметі) және алғашқы CMOS чипін жасау үшін негіз салды.

Есептеудің нейрондық модельдері

Кейін Мид биологиялық есептеу жүйелерін – жануарлар мен адам миын модельдеу мүмкіндігін зерттей бастады. Оның биологиялық модельдерге деген қызығушылығы кемінде 1967 жылға дейін барып жетеді, ол кезде биофизик Макс Дельбрюкпен танысқан. Дельбрюк Мидтің трансдуктор физиологиясына деген қызығушылығын оятып, сезімдік процесті бастайтын физикалық сигнал мен соңғы сезімдік құбылыстар арасындағы өзгеристерді ынталандырды. Ол әлсіз инверсияда жұмыс істейтін MOS транзисторларындағы зарядтардың қозғалысы мен нейрондардың мембраналары арқылы ағып жатқан зарядтар арасындағы параллельдерді байқады. Ол Джон Хопфилд пен Нобель жүлдесінің лауреаты Ричард Фейнменмен бірге жұмыс істеді, нәтижесінде үш жаңа сала құрылды: нейрондық желілер, нейроморфтық инженерия және есептеу физикасы. Мид кейін бірнеше компанияның құрылуын қолдау үшін венчурлық капитал тартуға сәттілікке жетті, бұл оның Калтехтың қамқорлар кеңесінің төрағасы Арнольд Бекманмен ерте байланысының арқасында болды. Synaptics тачпады өте сәтті болды, бір кезде тачпадтар нарығының 70% құрады. Лион бұрын кохлеяның жұмысын есептеу моделі арқылы сипаттаған болатын. Мұндай технологияны есту аппараттарында, кохлеарлық имплантаттарда және әртүрлі дауыс тану құрылғыларында қолдануға болады. Олардың жұмысы биологиялық кохлеяның сигналды өңдеу қабілеттерін имитациялай алатын кремний аналогын жасауға бағытталған жалғасатын зерттеулерге түрткі болды. 1991 жылы Мид Sonix Technologies, Inc. (кейін Sonic Innovations Inc.) компаниясын құруға көмектесті. Мид олардың есту аппараттары үшін компьютерлік чипті жобалады. Чип кішкентай ғана емес, сонымен қатар есту аппараттарында қолданылған ең қуатты чип екендігі айтылды. Компанияның алғашқы өнімі – Natura есту аппараты 1998 жылдың қыркүйек айында жарық көрді.

Көрініс

1980 жылдардың аяғында Мид есептеу және нейрондық жүйелер саласындағы PhD студенті Миша Махоуолдқа кремнийлі торшаны жасауға кеңес берді, ол аналогты электрлік схемаларды пайдаланып, көздің торшасындағы таяқша жасушаларының, конусша жасушаларының және басқа да қозуға қабілетті жасушалардың биологиялық функцияларын имитациялады. 1992 жылы Махоуальдтың диссертациясы түпнұсқалығы мен "адам ойының және ізденісінің жаңа бағыттарын ашу әлеуеті" үшін Калтехтің Милтон және Фрэнсис Клаузер докторлық сыйлығына ие болды. 2001 жылға дейін оның жұмысы стереоскопиялық көру жүйесін жасаудың "қазіргі кездегі ең жақсы талпынысы" деп есептелді. Мид екі өлшемді кедергілік желіні пайдаланып, көру процесінің бірінші қабатын көру торшасының сыртқы торлы қабатында модельдеуге мүмкіндік беретін бейімделмелі кремнийлі торшаны сипаттады. 1999 жыл шамасында Мид және басқалар Санта-Клара, Калифорнияда Foveon, Inc. компаниясын құрды, ол нейрондық шабыттанған CMOS бейне сенсорлары/өңдеу микросхемаларына негізделген жаңа цифрлық камера технологиясын әзірлеумен айналысты. Foveon X3 цифрлық камерасындағы бейне сенсорлары әр пиксел үшін бірнеше түс тіркеп, кремний сенсордың әртүрлі деңгейлерінде қызыл, жасыл және көк түстерді анықтады. Бұл стандартты камераларға қарағанда толыққанды ақпаратты және жақсы сапалы фотосуреттерді қамтамасыз етті, себебі стандартты камералар әр пикселге бір түсті ғана анықтайды. Бұл революциялық жетістік деп саналды.

Синапс

Мидтің еңбегі компьютер процессорларын жасауға негіз болды, олардың электрондық компоненттері биологиялық синапстарға ұқсас байланыс жолдарымен құрылған, сондай-ақ ұзақ мерзімді жад сақтауға да мүмкіндік берді. Мид нейроморфтық және басқа да аналогтық тізбектердегі ұшпа жад ретінде жүретін қақпалы транзисторларды қолдануды алғашқылардың бірі болып енгізді. Мид пен Диорио жүретін қақпалы транзисторлар (FGMOS) бойынша жүргізген жұмыстарының нәтижесінде Impinj радиожиілік идентификациясы (RFID) қызметін ұсынатын компанияны құрды. FGMOS-та зарядты аз қуатпен сақтау әдістерін пайдалана отырып, Impinj флэш-жад сақтау және радиожиілік идентификациялық таңбалар саласында қолданыстарды дамытты.

Физиканы қайта тұжырымдау

Карвер Мид өзінің "Коллективті электродинамика" деп атаған тәсілін жасады, онда электромагниттік эффектілер, соның ішінде квантталған энергияның берілуі, электрондардың жиынтық түрде әрекеттесетін толқындық функцияларының өзара әрекеттесуінен туындайды. Осы тұжырымдамада фотон – нақты емес ұғым, ал Планктың энергия-жиілік байланысы электронның өзіндік күйлерінің өзара әрекеттесуінен келіп шығады. Бұл тәсіл Джон Крамердің кванттық механиканың транзакциялық интерпретациясымен, Уилер-Фейнманның электродинамикалық абсорберлік теориясымен және Гилберт Н. Льюистің кеңістік-уақыттағы нөлдік аралықтағы электромагниттік энергия алмасуының алғашқы сипаттамасымен байланысты. Бұл қайта қарастыру гравитацияға қатысты емес болғанымен, оның гравитациялық кеңейтімі жалпы салыстырмалылық теориясынан өзгеше болжамдар жасайды. Мысалы, гравитациялық толқындар "G4v" деп аталатын осы жаңа гравитация теориясына сәйкес басқа поляризацияға ие болуы керек. Бұған қоса, осы поляризацияның айырмашылығын жетілдірілген LIGO жүйесімен анықтауға болады.