В начале 1970-х годов учебный курс в Калифорнийском технологическом институте (Caltech) не просто изменил академический подход к изучению электроники, но и послужил фундаментом для настоящей технологической революции в области компьютерной индустрии. Этот небольшой класс, посвящённый проектированию полупроводниковых устройств, заложил основы для развития методов проектирования интегральных микросхем с очень высокой степенью интеграции — технологии VLSI, которая сегодня является ключевой в производстве современных компьютеров и цифровых устройств. Ведущим разработчиком курса стал профессор Карвер Мид (Carver Mead), выпускник Caltech и обладатель ряда престижных наград, включая Национальную медаль технологий и Киотскую премию за заслуги в области передовых технологий. Курс EE 281, впервые запущенный Мидом в 1971 году, предлагал студентам уникальный практический опыт: не просто слушать лекции о технологиях, а самостоятельно проектировать MOS-схемы (металл-оксид-полупроводниковые транзисторы), реализации которых затем изготавливались в лабораторных условиях компании Intel. Это была смелая образовательная стратегия — «учишься, создавая», — новаторская для своего времени.
Изначально интерес к курсу проявили 25 студентов, однако из-за жёстких требований и высокой практической нагрузки к окончанию занятий осталось всего девять. Эти студенты оказались избранной группой, которая извлекла пользу не только из глубоких знаний, но и из уникальной возможности испытать дизайн микросхем в условиях настоящего производства. Заказанные студентами чипы были созданы на производственных мощностях Intel благодаря близким отношениям Мида с Гордоном Муром, одним из основателей компании и коллегой по Caltech. Такая кооперация между университетом и промышленностью была поистине прорывной. Уникальность подхода Мида заключалась в использовании компьютерных программ для проектирования микросхем, что существенно упростило и ускорило процесс в сравнении с традиционным ручным созданием слоёв схем с помощью рубилита — специального материала для формирования масок на производстве.
Это сократило затраты времени и людских ресурсов и повысило точность. Новые методы позволили университетским студентам не просто изучать теорию, но и создавать прототипы будущего развития микроэлектроники. Результатом работы первых групп студентов стали успешно выполненные проекты цифровых схем, таких как динамические сдвиговые регистры. Эти элементы играют ключевую роль в передаче и хранении информации в цифровых вычислительных устройствах. Ученики потратили немало времени на изучение принципов трёхмерного проектирования микросхем, где приходилось учитывать разные слои — диффузионный для изменения свойств кремния, слой поликремния для управления транзисторами, металлические дорожки для соединений и контактные слои.
По сравнению с современными технологиями, где количество слоёв может измеряться сотнями, десятилетия назад такие проекты уже открывали всё новые горизонты. История выпуска первого мультипроектного чипа, в котором были объединены несколько разных схем от студентов, стала символом нового подхода к обучению и сотрудничеству. Полученные образцы функционировали успешно, что подтвердило эффективность методики Мида. Этот класс быстро вырос за следующие годы, принеся плоды не только в академической среде, но и стимулируя развитие индустрии высоких технологий в таких центрах, как Кремниевая долина. Популярность и успех курса EE 281 стали импульсом для создания компьютерной науки как академического направления в Caltech — благодаря совместным усилиям Мида и Ивана Сазерленда, одного из ведущих специалистов в области компьютерных наук.
Они убедили университет в том, что именно интегральные схемы и микроэлектроника станут двигателями прогресса, а не наоборот. Параллельно с учебным процессом Мид продолжал совершенствовать свою методику проектирования, внедрял фундаментальные исследования в теорию сложности VLSI, изучая способы оптимизации проектирования с учётом различных критериев стоимости и эффективности. Такие научные исследования позволили систематизировать и формализовать принципы микроэлектронного проектирования, сделав их доступными как для студентов, так и для профессионалов. Встреча Мида с Линн Конвей в лаборатории Xerox PARC оказалась судьбоносной. Совместная работа над книгой «Введение в VLSI-системы» стала мировым стандартом учебной литературы по проектированию микросхем, вдохновив педагогов и инженеров по всему миру.
Кроме того, этот труд помог заложить основы для автоматизации проектирования чипов, что позже привело к созданию целых компаний и сервисов, специализирующихся на электронном проектировании. Известный мультипроектный чип 1979 года, организованный Конвей и её коллегами через ARPANET — предшественник современного интернета — продемонстрировал возможности коллективного удалённого сотрудничества между университетами, а проект MOSIS стал образцом для университетских сервисов по производству микросхем. Эти инициативы резко расширили возможности академической и исследовательской среды для участия в развитии полупроводниковых технологий. Многие студенты, прошедшие через EE 281, впоследствии стали лидерами и новаторами в индустрии, внося значительный вклад в развитие электронных систем. Практический опыт, приобретённый на курсе, позволял им быстро адаптироваться к корпоративным задачам и внедрять передовые идеи в реальные продукты.
Работа выпускников Caltech оставила заметный след в развитии полупроводниковой отрасли: от автоматизации проектирования чипов до разработки чувствительных фотосенсоров и цифровых систем обработки сигналов. Современные цифровые устройства — от смартфонов до суперкомпьютеров — в значительной степени обязаны успеху того маленького класса, где студенты впервые получили шанс пройти путь от идеи до физического образца микросхемы. Сегодня, спустя более пятидесяти лет, технология VLSI и создание интегральных схем остаются основой развития цифрового мира. Преподавательский подход Карвера Мида с акцентом на практическую работу, тесное сотрудничество с промышленностью и желание экспериментировать стали эталоном современной инженерной и научной практики. Вклад Caltech и его учёных сформировал методологию, без которой сегодня немыслимо ни проектирование процессоров, ни развитие новых поколений электроники.
История Caltech показывает, как инновации, рожденные в стенах университета, могут трансформировать индустрию и изменить повседневную жизнь миллиардов людей, доказав, что мощный образовательный опыт и научное видение способны запускать настоящие революции в мире технологий.
