Carver Andress Mead fue a una escuela primaria rural a la que asistían unos 20 alumnos y donde dictaban clase solo tres maestros. Eso fue en un remoto pueblo llamado Kernville, en California, Estados Unidos. Es probable que nunca hayas oído su nombre. No es Jobs ni Gates. No es el mediático Elon Musk. O el circunspecto Moore. Pero su hallazgo fue tan descomunal que lleva el nombre de Revolución Mead-Conway y permitió todo lo que llamamos, con cierta vaguedad, la electrónica moderna. Las computadoras, las notebooks, los smartphones, los satélites, Internet, Netflix, y podríamos seguir por horas. Mencioná cualquier nueva tecnología, desde esa pantalla LED que compraste para el Mundial hasta ChatGPT, y detrás está el Dr. Carver Mead.
Había nacido el 1° de mayo de 1934 en Bakersfield, la ciudad más cercana (unos 50 kilómetros) al pequeño pueblo en Sierra Nevada al que su familia debió mudarse cuando su padre, ingeniero electrónico, fue contratado para trabajar en una planta hidroeléctrica en Big Creek. Inesperadamente, en la escuela de Kernville, un maestro le hizo leer un libro de trigonometría, que despertó en el niño Carver una curiosidad que solo sentimos a esa temprana edad. Su padre fue el otro mentor del futuro creador de chips; le traía equipos de la planta donde trabajaba y le enseñaba los conceptos básicos de electrónica. Es una imagen calcada de otro de los pioneros de esta serie, Steve Wozniak, conocido por haber cofundado Apple, pero que en rigor fue un mago de la electrónica.
En esa época, Mead se hizo también radioaficionado (es decir, obtuvo su licencia) y, como lo haría mucho después Internet con el resto de nosotros, esto le mostró lo grande y variado que era el mundo; todo desde un Kernville que hoy tiene 1500 habitantes. Luego la familia se mudaría a Fresno, 225 kilómetros al noroeste, donde asistiría a la escuela secundaria y viviría con su abuela. En 1952 entraría en el prestigioso California Institute of Technology, mejor conocido como Caltech, cuna de algunas de las mentes más brillantes de la ciencia y la tecnología, donde se doctoró en 1960.
Los Beatles y rayo el láser
Pongamos los años en perspectiva. Mead nace entre las dos grandes guerras del siglo XX. Toma contacto con la electrónica a muy corta edad, en la década del ‘40. Se gradúa en 1960, el mismo año en que nace el láser (técnicamente, les otorgan la patente del láser en Estados Unidos a Arthur Leonard Schawlow y Charles Hard Townes), se pone en marcha el primer acelerador de partículas del Consejo Europeo de Investigaciones Nucleares (donde 30 años después nacería la Web) y Estados Unidos lanza el primer satélite meteorológico que funciona, el TIROS-1. Es también el año en que nacen Los Beatles. Es un tiempo de transición en el mundo y en la tecnología. Tras la Segunda Guerra Mundial, vivimos en lo que se dio en llamar la Guerra Fría. Ya hay radio y TV, pero continuamos en un mundo analógico y electromecánico. Aunque ha nacido el láser, faltan 22 años para el primer disco compacto. La mecánica cuántica es un campo fértil y en expansión, pero todavía faltan 60 años para descubrir el bosón de Higgs.
Mead entra en el ambiente de la electrónica cuando ya han nacido el transistor (entre 1947 y 1959) y el circuito integrado (que aparece primero de la mano de Jack Killby en 1957, y, tal como lo conocemos hoy, de la mano de Robert Noyce en 1959). Es decir, ya somos capaces de poner un número de transistores en un chip. La pregunta es: ¿cuántos? ¿Cuántos transistores podemos integrar en un solo circuito? ¿Dos, como fue al principio? ¿Cien? ¿O es posible poner más? ¿Cuántos más? ¿Un millón? No. Un millón es mucho.
¿Es mucho?
La linterna lógica
Un punto aparte aquí. Recuerdo cuando leí mi primer libro sobre arquitectura de microprocesadores, por curiosidad y para no tocar de oído al escribir sobre computadoras. Eso fue hace unos 30 años. No fue fácil (pueden poner aquí el emoji de que te explota la cabeza), pero me pareció que entraba en un reino fascinante de leyes extrañas y escalas incomprensibles. De hecho, es así. Los circuitos modernos –y esos son algunos de los aportes de Mead– se basan en las herméticas leyes de la mecánica cuántica, que, como se ha dicho, “no llegamos a entender del todo, pero funcionan”.
Así que vamos a evitarnos la turbulencia. Simplificando muchas cosas (sobre todo lo que concierne a la física detrás de estos desarrollos), un transistor (aunque puede haber otros componentes, como condensadores y resistencias) es el nombre que se le da a los componentes activos en un circuito electrónico. De nuevo, dejando de lado anaqueles enteros de la biblioteca, los transistores funcionan sobre la base de un fenómeno extraordinario: algunos elementos de la tabla periódica (típicamente el silicio, de donde viene el nombre Silicon Valley) son normalmente aislantes, pero es posible hacer que también conduzcan la electricidad.
En un primer vistazo, no parece gran cosa. Pero resulta que si podemos hacer que un componente adopte dos estados (conduce la electricidad o no la conduce), entonces podríamos hacer abstracción de la parte eléctrica y representar uno de esos dos estados como un 1 y el otro como un 0. Lo super increíblemente poderoso de esto es que al tener dos dígitos (como mínimo), entonces ya contamos con un sistema numérico. Y si tenemos un sistema numérico, tenemos el proverbial punto de apoyo que nos permite mover el mundo: la matemática. Dicho de una forma muy rústica, un conjunto de transistores puede hacer aritmética y lógica (el componente que hace esto dentro de un microprocesador se llama exactamente así: Unidad Aritmético-Lógica o ALU, por sus siglas en inglés). Y además el silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre.
Así que un circuito integrado contiene un número de transistores, que controlamos mediante software y que, en el fondo, solo ejecutan operaciones aritméticas y lógicas. Para que te des una idea de la potencia que encierra esta simple idea, imaginate una linterna con dos botones de encendido. Es raro, ya sé. Pero imaginate una linterna así. Cada botón funciona abriendo o cerrando el circuito. Un transistor, salvando las distancias y un número de detalles, también. Así que cada botón de nuestra hipotética linterna funciona de manera análoga a un transistor. OK, tenemos dos botones. Cuando ambos están abiertos, la electricidad no pasa y la linterna no se enciende.
Ahora pongamos el primer botón en ON. Ahora deja pasar la electricidad. ¿Se enciende la linterna? No, no se enciende, porque el segundo botón todavía está abierto. Muy bien, pongamos el segundo en ON también. Ahora, sí, nuestra extraña linterna se prende. ¿Y si ahora abrimos el primero? Se apaga otra vez. Necesitamos que los dos botones estén en ON para que la linterna se encienda.
Si ahora miramos la linterna con los ojos de un lógico, podemos interpretar esta linterna como una demostración práctica de la tabla de verdad del conector “Y”. En lógica, para que una proposición con el conector lógico “Y” sea verdadera ambas partes deben ser verdaderas. La afirmación “Las manzanas son frutas y los insectos son mamíferos” es enteramente falsa. Aunque es cierto que las manzanas son frutas, toda la proposición es falsa porque la segunda afirmación es falsa y ambas están vinculadas por el conector lógico “Y”. Estos valores se establecen en lo que se conoce como tablas de verdad y resulta que con solo dos transistores podemos representar la tabla de verdad del conector lógico “Y”. Esto es fuerte, porque a la humanidad la llevó milenios descubrir la lógica proposicional; dicho sea de paso, y para que no le dé un soponcio a algún ingeniero amigo, en electrónica los transistores se emplean de una forma algo diferente que en nuestra hipotética linterna, favor de anotar.
El reino del revés
Mead ha sido mayormente dos cosas. Por un lado, un extraordinario docente. Por el otro, un investigador riguroso y a la vez imaginativo. Conoció a Gordon Moore, el cofundador de Intel, en 1959. Moore desarrollaría en 1965 una suerte de ley práctica que podía anticipar la densidad de los componentes en un circuito electrónico (y como consecuencia, en parte, la velocidad a la que evolucionaría su poder de cómputo con el paso del tiempo). Moore le atribuía a Carver Mead el haber bautizado ese principio como Ley de Moore.
Mead visitaba a Moore a menudo –en esa época Gordon todavía trabajaba en Fairchild; en 1968 se iría junto con Robert Noyce para fundar Intel–, y en una de esas charlas Moore tocó un nervio sensible en todo este asunto de integrar cada vez más componentes en un circuito. El iceberg ya estaba a la vista. Genial lo de meter cada vez más transistores en un chip, le dijo Moore a Mead, ¿pero cuál es el límite? ¿Cuántos más podemos integrar?
La pregunta fue más compleja y tiene que ver con el efecto túnel, un fenómeno cuántico que se pone en juego en la microelectrónica. Pero es lo de menos. A Mead la pregunta le quedó dando vueltas en la cabeza y se puso a trabajar en el asunto. Muy pronto descubriría, asistido por sus alumnos (y más tarde en colaboración con Lynn Ann Conway), algo por completo insólito. Bueno, la mecánica cuántica es así. Insólita.
Al revés de lo que el sentido común podía sospechar, cuanto más pequeños se volvían los componentes, más rápidos y eficientes eran, calentaban menos y era más económico fabricarlos. Las primeras estimaciones de Mead sobre el tamaño mínimo de los transistores fue de 0,15 micrones. Hoy sabemos que ese límite se iría mucho más abajo (hoy estamos en el nivel de los 2 nanómetros; es decir, 0.002 micrones). Tan abajo que terminaría (eso está pasando ahora) chocando de frente con un límite que, de momento, parece infranqueable; es decir, el tamaño de las moléculas de las que está hecha la materia. Pero esa es otra historia.
Mead fue el primero en anticipar que sería posible poner millones de transistores en un circuito integrado. Obviamente, la industria se dio vuelta y le dijo: “¿De qué hablas, Carver?” Millones parecía mucho. Mead tenía sin embargo razón. En 1970 dictó en el Caltech el primer curso de LSI (son las siglas de Large Scale Integration, que luego se convirtieron en VLSI, por Very Large Scale Integration, y más tarde en ULSI, por Ultra Large Scale Integration, aunque para entonces era obvio que no hacía falta seguir inventando siglas) y en 1975 empezó a colaborar con Conway, en el Xerox PARC. Publicaron en 1980 algo así como el manual del futuro, un libro titulado Introduction to VLSI systems (Introducción a los sistemas VLSI), que la industria empleó para lo que muy pronto se convertiría en una revolución que tomaría al mundo por sorpresa y lo cambiaría todo. En 2008 se alcanzó la cifra de mil millones de transistores en un chip.
Tenía 14 años en 1975, y todavía recuerdo a mi padre fascinado con estas ideas. Comentaba con un entusiasmo que casi nadie llegaba a comprender del todo los artículos que leía en la revista Electronics (donde había aparecido publicado el artículo de la ley de Moore, en abril de 1965, y que llegaba religiosamente a casa) y con cuentagotas iba consiguiendo algunos de los primeros chips, con los que experimentaba y armaba kits de diversa naturaleza en su taller del primer piso de un caserón en el barrio de Barracas. Cuando algo pensado en el Caltech llega a Buenos Aires en tan poco tiempo, lo que está pasando es un cambio de paradigma. En casa veía chips (esos negros que parecían arañas) y en la panadería de la esquina todavía usaban la caja registradora a manivela.
Quince años después de graduarse, Mead le había dado al mundo (entre muchos otros aportes que todavía aprovechamos) la llave maestra para entrar al extraño mundo cuántico de la microelectrónica. Hoy, en el celular que llevás despreocupadamente en tu bolsillo, los chips tienen más de mil millones de transistores, y tan infinitesimal es su escala que cada transistor es 400 veces más pequeño que un glóbulo rojo.
Hoy, a sus 89 años, Mead tiene una biografía poblada de premios y reconocimientos, y es miembro de la Sociedad Estadounidense de Física, la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias, el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), la Academia Nacional de Ingeniería y la Academia Nacional de Ciencias. La pregunta incisiva, al hueso, de un grande, Gordon Moore, despertó la curiosidad de este incansable investigador de la física de lo más pequeño, y una serie de diseños que desarrolló en su laboratorio dieron origen a los instrumentos en los que la civilización humana basa hoy su funcionamiento.
Carver fue siempre de muy bajo perfil y sus hallazgos están bien guardados en la complejidad de los principios científicos que los sustentan. Por eso, su nombre es apenas conocido. Pero si hay un pionero en estas disciplinas, ese es Carver Mead. Como los grandes exploradores del mundo físico, se adentró en terreno no cartografiado y nos trajo el fuego prometeico de la microelectrónica.
Fuente: La Nación
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