カーバー・ミード

カーバー・ミード
2002年のミード
生まれる	カーヴァー・アンドレス・ミード ( 1934-05-01 )1934年5月1日（90歳） ベーカーズフィールド、カリフォルニア州、米国
受賞歴	京都賞（2022年） 国家技術賞 2011年BBVA財団フロンティアズオブナレッジ賞 コンピュータ歴史博物館フェロー（2002年）
科学者としてのキャリア
論文	トランジスタスイッチング解析 （1960）
博士課程の指導教員	RD ミドルブルック ロバート V. ラングミュア
博士課程の学生	クワベナ・ボアヘン

外部ビデオ
カーバー・ミード、1999年レメルソン-MIT賞受賞者、レメルソン財団
カーバー・ミード – 半導体、2014年4月17日、ACM公式
カーバー・ミードが『宇宙と私たち：電磁気学と重力の統合理論』をTTI/ヴァンガードで発表

カーヴァー・アンドレス・ミード（1934年5月1日生まれ）は、アメリカの科学者、エンジニアである。彼は現在、カリフォルニア工科大学（Caltech）の工学および応用科学のゴードン・アンド・ベティ・ムーア名誉教授を務めており、同大学で40年以上教鞭をとっている。^[1]

現代マイクロエレクトロニクスの先駆者であるミード氏は、現代の超大規模集積回路チップ設計の基礎となる技術である半導体、デジタルチップ、シリコンコンパイラの開発と設計に貢献してきました。ミード氏はまた、20社以上の企業の設立にも関わっています。^[2]

1980年代、ミードは人間の神経学と生物学の電子モデル化に焦点を当て、「ニューロモルフィック電子システム」を創造した。^{[3] [4] [5]最近では、}ニールス・ボーア、アルバート・アインシュタインらの理論的議論を、その後の実験や計測機器の発展を踏まえて再検討し、現代物理学の再概念化を訴えている。 ^[6]

教師としてのミードの貢献には、リン・コンウェイと共著した古典的な教科書「 VLSIシステム入門（1980年）」がある。また、カリフォルニア工科大学で初めて女性工学部を卒業したデボラ・チャンを指導し^[7]、同校で初めて女性電気工学部生となったルイーズ・カークブライドを指導した^{[8] [9] 。}

カーバー・アンドレス・ミードはカリフォルニア州ベーカーズフィールドで生まれ、カリフォルニア州カーンビルで育った。彼の父親は、南カリフォルニア・エジソン社が所有するビッグ・クリーク水力発電所で働いていた。^[6]カーバーは数年間、地元の小さな学校に通い、その後、より大きな高校に通うためにカリフォルニア州フレズノに移り、祖母と一緒に暮らした。^[8]彼は幼い頃から電気と電子工学に興味を持ち、発電所での作業を見たり、電気機器の実験をしたり、アマチュア無線の免許を取得したり、高校時代には地元のラジオ局で働いたりした。^[10]

ミードはカリフォルニア工科大学で電気工学を学び、1956年に学士号、1957年に修士号、1960年に博士号を取得した。^{[11] [12]}

ミードの貢献は、基礎物理学を電子デバイスの開発に応用したことから生まれたものであり、その応用は斬新なものが多かった。1960年代には、絶縁体や半導体における電子のエネルギー挙動を系統的に調査し、電子トンネル効果、障壁挙動、ホットエレクトロン輸送について深い理解を深めた。^[13] 1960年には、電子トンネル効果とホットエレクトロン輸送の動作原理に基づいた3端子固体デバイスを初めて説明し、実証した。^[14] 1962年には、トンネル放出を利用して、ホットエレクトロンが金中をナノメートルの距離を移動する際にエネルギーを保持することを実証した。^{[15] WG スピッツァーとの共同研究による}III-V族化合物の研究は、界面状態の重要性を確立し、バンドギャップエンジニアリングとヘテロ接合デバイスの開発の基礎を築いた。^{[13] [16] [17] [18]}

1966年、ミードはショットキーバリアダイオードを使用してゲートをチャネルから分離した最初のガリウムヒ素ゲート電界効果トランジスタを設計しました。 ^[19]材料として、GaAsはシリコンよりもはるかに高い電子移動度と飽和速度を提供します。 [20] GaAs MESFETは、電波^望遠鏡、衛星アンテナ、携帯電話のマイクロ波通信システムを含むさまざまな高周波無線電子機器で使用される主要なマイクロ波半導体デバイスになりました。カーバーのMESFETに関する研究は、1980年に富士通が後にHEMTを開発するための基礎にもなりました。 HEMTは、MESFETと同様に、マイクロ波受信機や通信システムで使用される蓄積モードデバイスです。^[20]

ゴードン・ムーアは、ミードが「ムーアの法則」という用語を作ったとしている。^[21]これは、1965年にムーアが「トランジスタ、抵抗器、ダイオード、コンデンサのいずれかの部品が1つの集積回路に収まる」という部品数の増加率について行った予測を指す。 ^[22]ムーアとミードの共同作業は、ムーアが授業で学生に使わせるためにフェアチャイルドセミコンダクターの「表面上は不良品」のトランジスタをミードに渡した1959年頃から始まった。1960年代、ミードはフェアチャイルドを毎週訪れ、研究開発ラボを視察し、ムーアと仕事について話し合った。ある話し合いの中で、ムーアはミードに、電子トンネル効果によって実用的なトランジスタのサイズが制限される可能性があるかどうか尋ねた。制限される可能性があると答えると、彼はその制限はどの程度かと尋ねた。^[23]

ムーアの疑問に刺激されて、ミードと彼の学生たちは、ムーアの法則の下限値を決定するために、物理学に基づいた材料の分析を開始した。1968年、ミードは、一般的な想定に反して、トランジスタのサイズが小さくなっても、壊れやすくなったり、熱くなったり、高価になったり、遅くなったりしないことを証明した。むしろ、トランジスタは小型化するにつれて、より高速で、より高性能で、より低温で、より安価になると主張した。^[24]彼の結果は当初かなりの懐疑論に遭遇したが、設計者が実験するにつれて、結果は彼の主張を裏付けた。^[23] 1972年、ミードと大学院生のブルース・ホーナイゼンは、トランジスタは0.15ミクロンまで小さくできると予測した。トランジスタサイズのこの下限値は、一般に予想されていたよりもかなり小さかった。^[24]当初の疑念にもかかわらず、ミードの予測はコンピュータ業界のサブミクロン技術の開発に影響を与えた。^[23] 2000年にミードの予測した目標が実際のトランジスタ開発で達成されたとき、そのトランジスタはミードが当初説明したものと非常によく似ていました。^[25]

ミードは、チップ上に何百万ものトランジスタを作る可能性を初めて予測した人物である。彼の予測は、そのようなスケーラビリティを実現するには、技術に大きな変化が起きなければならないことを示唆していた。ミードは、超大規模集積化技術を研究し、非常に複雑なマイクロチップを設計、作成した最初の研究者の一人であった。^[26]

1970年にカリフォルニア工科大学で世界初のLSI設計コースを教えた。1970年代を通して、一連の授業への参加とフィードバックにより、ミードは集積回路とシステム設計のアイデアを発展させた。彼はイヴァン・サザーランドとフレデリック・B・トンプソンと協力し、カリフォルニア工科大学にコンピュータサイエンスの学部を設立した。これは1976年に正式に発足した。 ^{[27] [28]また1976年、ミードはイヴァン・サザーランドと}トーマス・ユージン・エバーハートと共同でDARPAの報告書を執筆し、現在のマイクロエレクトロニクス製造の限界を評価し、「超大規模集積回路」のシステム設計への影響に関する研究を推奨した。^[29]

1975年から、カーバー・ミードはゼロックスPARCのリン・コンウェイと共同研究を行った。^[26]彼らは1979年に出版された画期的な教科書「Introduction to VLSI systems」を開発し、ミードとコンウェイの革命の重要な先駆けとなった。^[30]この教科書は先駆的な教科書であり、何十年もの間、世界中でVLSI集積回路の教育に使用されてきた。^[31]初期のプレプリントの章が授業や他の研究者の間で回覧されたことで、幅広い関心を集め、このアプローチに関心を持つ人々のコミュニティが生まれた。^[32]彼らはまた、授業で生徒のためにチップを作成し、マルチプロジェクト共有ウェーハ方法論の実現可能性を実証した。^{[33] [34] [35] [36]}

彼らの研究はパラダイムシフトを引き起こし、^[36]集積回路の開発の「根本的な再評価」^[26]と「コンピュータの世界に革命をもたらした」^[37] 。1981年、ミードとコンウェイは彼らの貢献が認められ、エレクトロニクスマガジンから功績賞を受賞した。 ^[26] 30年以上経った今でも、彼らの研究の影響は依然として評価されている。^[38]

VLSI設計のアイデアを基に、ミードと博士課程の学生であるデイビッド・L・ヨハンセンは、ユーザーの仕様を取得して集積回路を自動的に生成できる最初のシリコンコンパイラを作成した。 ^{[39] [40]ミード、ヨハンセン、エドモンド・K・チェンらは1981年にシリコンコンパイラ社（SCI）を設立した。SCIは、}デジタルイクイップメントコーポレーションのMicroVAXミニコンピュータの主要チップの1つを設計した。^{[40] [41]}

ミードとコンウェイはMOSIS （金属酸化膜半導体実装サービス）の開発と最初のCMOSチップの製造の基礎を築きました。 ^{[38]ミードは、顧客がファブレス半導体企業に設計ニーズを指定する}ファブレス製造のアイデアを提唱しました。企業はその後、専用チップを設計し、チップ製造をより安価な海外の半導体ファウンドリに外注します。^[42]

次にミードは、動物と人間の脳という生物学的計算システムのモデル化の可能性を探求し始めた。彼の生物学的モデルへの関心は、少なくとも1967年に生物物理学者マックス・デルブリュックと出会ったときにまで遡る。デルブリュックは、知覚プロセスを開始する物理的入力と最終的な知覚現象の間に生じる変換であるトランスデューサー生理学に対するミードの関心を刺激した。 ^[43]

網膜における段階的なシナプス伝達を観察して、ミードはトランジスタをデジタルスイッチではなくアナログデバイスとして扱う可能性に興味を持つようになった。^[44]彼は、弱反転で動作するMOSトランジスタ内を移動する電荷とニューロンの膜を流れる電荷の間に類似点があることに気づいた。^[45]彼はジョン・ホップフィールドやノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンと協力し、ニューラルネットワーク、ニューロモルフィックエンジニアリング、計算物理学という3つの新しい分野の創出に貢献した。^[12]ニューロモルフィックエンジニアリングの創始者とされるミードは、「ニューロモルフィックプロセッサ」という用語を作ったことで知られている。^{[3] [5] [46]}

ミードはその後、カリフォルニア工科大学理事会会長のアーノルド・ベックマンとの初期のつながりもあって、多くの企業の設立を支援するベンチャーキャピタルの資金を見つけることに成功した。 ^[12]ミードは、開発に対する彼の好ましいアプローチは「テクノロジープッシュ」であり、何か興味深いことを探求し、それに役立つアプリケーションを開発することであると述べた。^[47]

1986年、ミードとフェデリコ・ファギンはシナプティクス社を設立し、視覚と音声認識に適したニューラルネットワーク理論に基づいたアナログ回路を開発しました。シナプティクスが市場に投入した最初の製品は、圧力感知式コンピュータタッチパッドでした。これは、ラップトップコンピュータのトラックボールとマウスに急速に取って代わったセンシング技術の一種です。^{[48] [49]}シナプティクスのタッチパッドは非常に成功し、一時はタッチパッド市場の70%を占めました。^[24]

1988年、リチャード・F・リヨンとカーバー・ミードは、内耳の聴覚部分の流体力学的進行波システムをモデル化したアナログ蝸牛の作成について説明しました。 ^[50]リヨンは以前にも蝸牛の働きに関する計算モデルを説明していました。^[51]このような技術は、補聴器、人工内耳、さまざまな音声認識デバイスに応用できる可能性があります。彼らの研究は、生物学的蝸牛の信号処理能力をエミュレートできるシリコンアナログを作成しようとする継続的な研究に影響を与えました。^{[52] [53]}

1991年、ミードはソニックス・テクノロジーズ社（後のソニック・イノベーションズ社）の設立に協力した。ミードは補聴器用のコンピュータチップを設計した。このチップは小型であっただけでなく、補聴器に使用されているチップの中で最も高性能であると言われた。同社の最初の製品であるナチュラ補聴器は1998年9月に発売された。^[54]

1980年代後半、ミードは、計算と神経システムの博士課程の学生だったミシャ・マホワルドに、アナログ電気回路を使用して、目の網膜の桿体細胞、錐体細胞、その他の興奮性細胞の生物学的機能を模倣するシリコン網膜の開発をアドバイスしました。 ^[55]マホワルドの1992年の論文は、その独創性と「人間の思考と努力の新たな道を切り開く可能性」により、カリフォルニア工科大学のミルトン・アンド・フランシス・クラウザー博士賞を受賞しました。^[56] 2001年時点で、彼女の研究は、立体視システムを開発するための「これまでで最高の試み」と見なされていました。^[57]ミードは、網膜の外側の網状層にある視覚処理の最初の層をモデル化するために2次元抵抗ネットワークを使用する適応型シリコン網膜について説明しました。^{[58][アップデート]}

1999年頃、ミードらはカリフォルニア州サンタクララにFoveon社を設立し、神経科学に着想を得たCMOSイメージセンサー/処理チップをベースにした新しいデジタルカメラ技術を開発した。^[24] Foveon X3デジタルカメラのイメージセンサーは、シリコンセンサーの異なるレベルで赤、緑、青を検出し、各ピクセルで複数の色を捉えた。これにより、1ピクセルあたり1色を検出する標準的なカメラと比較して、より完全な情報とより高品質の写真が得られた。^[59]これは革命的であると称賛された。^[24] 2005年、Foveonのカーバー・ミード、リチャード・B・メリル、リチャード・ライオンは、 Foveon X3センサーの開発により、王立写真協会の進歩賞を受賞した。^[60]

ミードの研究は、電子部品が生物学的シナプスに似た方法で接続されたコンピュータプロセッサの開発の基礎となった。^{[46] 1995年と1996年に、ミード、ハスラー、ディオリオ、ミンチは、アナログ学習アプリケーション[61]}と長期記憶ストレージ が可能な単一トランジスタシリコンシナプスを発表した。 ^{[62]ミードは、}ニューロモルフィック回路やその他のアナログ回路の不揮発性ストレージ手段としてのフローティングゲートトランジスタの使用を開拓した。^{[63] [64] [65] [66]}

ミードとディオリオは、フローティングゲートトランジスタ（FGMOS）の研究を基に、無線周波数識別（RFID）プロバイダーのImpinjを設立しました。FGMOSに電荷を蓄える低電力方式を使用して、Impinjはフラッシュメモリストレージと無線周波数識別タグのアプリケーションを開発しました。^{[47] [67]}

カーバー・ミードは、集団電気力学と呼ぶアプローチを開発した。このアプローチでは、量子化されたエネルギー移動を含む電磁気的効果は、集団的に振る舞う電子の波動関数の相互作用から導かれる。^[68]この定式化では、光子は実体ではなく、プランクのエネルギーと周波数の関係は電子の固有状態の相互作用から来る。このアプローチは、ジョン・クレイマーの量子力学のトランザクション解釈、ホイーラー・ファインマンの電気力学の吸収体理論、およびギルバート・N・ルイスの時空におけるゼロ間隔^{[説明が必要]}での電磁エネルギー交換の初期の記述に関連している。

この再概念化は重力とは関係ないが、その重力的拡張は一般相対性理論とは異なる予測を行う。^[69]例えば、この新しい重力理論に与えられた名前「G4v」の下では、重力波は異なる偏光を持つはずである。さらに、この偏光の違いは先進的なLIGOによって検出することができる。^[70]

ミード氏は少なくとも 20 社の設立に関わってきました。次のリストは、最も重要な企業のいくつかと、その主な貢献を示しています。

• Lexitron、ビデオタイプワードプロセッサ^[71]
• アクテル、フィールドプログラマブルゲートアレイ^{[2] [47]}
• Foveon、写真画像用シリコンセンサー^{[10] [43] [47]}
• インピンジ、フラッシュメモリとRFID用の自己適応型マイクロチップ^{[10] [72]}
• シリコンコンパイラ、集積回路設計^[2]
• ソニック・イノベーションズ、補聴器用コンピュータチップ^[2]
• シナプティクス、コンピュータ用タッチパッド^{[2] [47]}
• Silerity、自動チップ設計ソフトウェア^[73]

• 2022年京都賞先端技術部門^[74]
• 2011年BBVA財団情報通信技術フロンティア・オブ・ナレッジ賞「シリコン技術における影響力のある思想に対して。彼の研究は、私たちの日常生活に遍在する電子機器（ラップトップ、タブレット、スマートフォン、DVDプレーヤー）を駆動するマイクロチップの開発を可能にしました。」^[75]
• 2005年、王立写真協会進歩賞^[76]
• 2002年、国家技術賞^{[2] [77]}
• 2002年、コンピュータ歴史博物館のフェロー、「集積回路設計の自動化、方法論、教育の先駆者への貢献」により。^[1]
• 2001年、ディクソン科学賞、受賞発表2001年、講演2002年3月19日^[78]
• 1999年、レメルソン・MIT賞^{[79] [10]}
• 1997年、アレン・ニューウェル賞、計算機協会^{[4] [10]}
• 1996年、ジョン・フォン・ノイマン賞、電気電子学会^[10]
• 1996年、電子設計業界への貢献によりフィル・カウフマン賞を受賞^[80]
• 1992年、国際神経ネットワーク学会優秀研究賞^[10]
• 1985年、フランクリン研究所よりジョン・プライス・ウェザリル賞受賞、リン・コンウェイ氏と共に^[81]
• 1985年、アメリカ情報処理学会ハリー・H・グッド記念賞^[10]
• 1984年、 VLSIの問題と可能性に関する深い洞察と技術の進歩への貢献により、全米技術アカデミーの会員に選出される。 ^[要出典]
• 1984年、ハロルド・ペンダー賞、リン・コンウェイと共著^[82]
• 1981年、リン・コンウェイとともにエレクトロニクス誌^{の功績賞を受賞[26]}

• 公式ウェブサイト
• オーラル ヒストリー センター。「Carver A. Mead」。科学史研究所。
• Thackray, Arnold; Brock, David C. (2005年8月15日). Carver A. Mead, Arnold ThackrayとDavid C. Brockが2004年9月30日、2004年12月8日、2005年8月15日にカリフォルニア州ウッドサイドで行ったインタビューの記録(PDF)。フィラデルフィア、ペンシルバニア州: Chemical Heritage Foundation 。 2018年2月21日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2018年2月21日閲覧。
• Mead, Carver A.; Cohen, Shirley K. (1996 年 7 月 17 日)。「Carver A. Mead (1934– ) とのインタビュー」(PDF)。オーラル ヒストリー プロジェクト。カリフォルニア州パサデナ: カリフォルニア工科大学アーカイブ。
• Carver A. Mead 文書 Caltech アーカイブ、カリフォルニア工科大学。
• 2022年京都賞業績・プロフィールページ。

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