Der Turing Award 2022 wird an den 76-jährigen Vater von Ethereum verliehen! Eine gescheiterte Doktorarbeit ließ das Internetzeitalter Wirklichkeit werden

Erst gestern Abend gab ACM den Gewinner des Turing Award 2022 bekannt – den Ethernet-Erfinder Bob Metcalfe, in Anerkennung seiner Erfindung, Standardisierung und Kommerzialisierung von Ethernet.

Der ACM AM Turing Award wird als „Nobelpreis für Informatik“ bezeichnet und der Gewinner erhält einen Bonus von 1 Million US-Dollar von Google.

Die Bedeutung der Erfindung von Ethernet für die Menschheit liegt auf der Hand. Diese vor 50 Jahren entwickelte Technologie ist die Grundlage des Internets und ermöglicht es unseren Computern und Milliarden anderer Geräte, sich mit dem Internet zu verbinden und sie miteinander zu verbinden.

Jeff Dean, Vizepräsident für künstliche Intelligenz bei Google, sagte in der offiziellen ACM-Ankündigung: „Heute gibt es weltweit etwa 7 Milliarden Ports, Ethernet ist überall und wir alle halten es für selbstverständlich.“ ist für die Menschen leicht zu vergessen. Ohne Bob Metcalfes Erfindung und seine dauerhafte Vision, dass jeder Computer mit dem Internet verbunden sein muss, wäre unsere vernetzte Welt ganz anders Wohnung. Damals hätte man sich nicht vorstellen können, dass 50 Jahre später ein Roboter namens ChatGPT über dieses Netzwerk die Welt erobern würde.

Eine gescheiterte Abschlussarbeit

Diese Erfindung, die die gesamte Menschheit betrifft, entstand aus einer gescheiterten Doktorarbeit.

Metcalfe, geboren 1946, studierte als Student Elektrotechnik und Industriemanagement am MIT.

Nach seinem Abschluss ging Metcalfe für ein Graduiertenstudium nach Harvard und wurde auch als Forscher am MIT eingestellt. Dies fiel mit der Erhöhung seiner Investitionen in Arpanet (einem Vorläufer des Internets) zusammen.

Er schlug Harvard vor, eine Schnittstelle zu bauen, um Arpanet mit Harvards Großrechner zu verbinden, aber Harvard lehnte ihn ab. Er wandte sich an das MIT und machte den gleichen Vorschlag.

Noch als Doktorand baute Metcalfe diese Schnittstelle, um die Großrechner des MIT mit dem Arpanet zu verbinden, dem Vorgänger des modernen Internets

1972 reichte er seine Dissertation beim Dissertationsausschuss der Harvard-Universität ein. Die Beschreibung seiner Idee scheiterte an der Verteidigung. Der Ausschuss war der Ansicht, dass das Thema nicht theoretisch genug sei.

Auf den Schultern derer stehen, die vor uns kamen

Glücklicherweise haben Genies immer einen Ort, an dem sie ihre Talente zeigen können.

Zu diesem Zeitpunkt hatte Metcalfe einen Job im Palo Alto Research Center (PARC) der Xerox Corporation in Kalifornien bekommen.

Laborleiter Bob Taylor sagte ihm, dass er auf jeden Fall nach Palo Alto kommen müsse, um seine Abschlussarbeit fertigzustellen.

Dort angekommen begann Metcalfe mit dem Aufbau einer weiteren Arpanet-Schnittstelle für einen neuen PARC-Computer und versuchte gleichzeitig, ein Thema zu finden, das „theoretisch“ genug war, um das Harvard-Thesis-Komitee zufriedenzustellen.

Das PARC-Experiment von Xerox zielte darauf ab, den ersten modernen Personal Computer zu entwickeln und einen auf jedem Schreibtisch zu haben.

Metcalfe sagte: „Also baten sie mich, dafür ein Netzwerk zu entwerfen. Ich bekam eine Netzwerkkarte mit 60 Chips. Das war das zweitgrößte Glück in meinem Leben. Das erste war, dass ich in die Familie meiner Eltern hineingeboren wurde. Familie.“

MetCalfe zu Hause in Austin, Texas, mit meiner Doktorarbeit von 1973 in der Hand

Damals waren Computernetzwerke sowohl ein Projekt als auch eine theoretische Herausforderung Herausforderung. Die grundlegende Schwierigkeit besteht darin, den Zugriff auf das Netzwerk auf viele Benutzer aufzuteilen.

Das Telefonnetz löst dieses Problem auf einfachste Weise: Während eines Anrufs sperrt die Verbindung zwischen beiden Parteien den Kommunikationskanal und macht ihn für andere Benutzer unzugänglich, auch wenn der Kanal nicht vollständig ausgelastet ist.

Für das Telefonnetz stellt diese Ineffizienz jedoch kein großes Problem dar. Wenn Sie telefonieren, ist immer eine Person am Gesprächspartner und das Gespräch versinkt nicht in langes Schweigen.

Aber Computer sind anders, ihre Kommunikation basiert auf kurzen Impulsen, und diese Impulse sind normalerweise durch eine lange Totzeit voneinander getrennt.

Wie lässt sich der Datenfluss im Netzwerk beschreiben?

In den frühen 1960er Jahren bewies der Informatiker Leonard Kleinrock, dass dieses Problem mithilfe der Warteschlangentheorie gelöst werden kann. Die Theorie ist ein Zweig der Mathematik, der Staus und andere Dinge modelliert, die passieren können, wenn Menschen in der Schlange stehen.

Papieradresse: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/11562

Dieses Modell zeigt Ingenieuren, wie sie die Totzeit deutlich reduzieren können, und Arpanet kann es bewiesen, dass dieser Ansatz in der Praxis tatsächlich effektiv ist. Allerdings ist es keine leichte Aufgabe, den Datenverkehr im Netzwerk zu koordinieren.

Im Jahr 1971 demonstrierte Norm Abramson, Professor an der Universität von Hawaii, eine radikale Alternative zur Verkehrskoordinierung, die jeden Stadtplaner schockieren würde.

Er baute ein Funknetzwerk namens ALOHAnet auf, das wie Arpanet Daten in winzigen Paketen übermittelte.

Aber im Gegensatz zu Arpanet versucht ALOHAnet nicht, Kollisionen zwischen Paketen zu vermeiden. Stattdessen kann jeder Benutzer, dessen Nachrichten aufgrund eines Konflikts verloren gehen oder verstümmelt sind, es nach einem zufälligen Intervall einfach erneut versuchen.

Diese „zufällige Weiterverbreitung“ ähnelt der Etikette in Gesprächen zwischen Menschen: Wenn zwei Personen gleichzeitig anfangen zu reden, hören beide Parteien auf und versuchen es später erneut. Nach einigen Versuchen löst sich das Problem von selbst.

Allerdings hat diese Strategie auch einen Fehler: Bei geringem Datenverkehr verläuft die Übertragung reibungslos, aber wenn das Netzwerk überlastet ist, kommt es so häufig zu Kollisionen, dass überhaupt keine Informationen mehr übertragen werden können.

Metcalfe stieß auf einen Aufsatz von Abramson, der einen Weg entwickelte, den Stillstand der ALOHAnet-Warteschlangentheorie zu umgehen.

Papieradresse: https://www.clear.rice.edu/comp551/papers/Abramson-Aloha.pdf

Inspiriert davon erstellte Metcalfe ein Modell, in dem Benutzer die durchschnittliche Wartezeit zwischen Die Anzahl der Sendeversuche wird unter Berücksichtigung der Kollisionshäufigkeit selbstständig angepasst. Wenn die Anzahl der Kollisionen selten ist, werden sie schneller erneut versucht. Wenn das Netzwerk überlastet ist, werden sie abgebrochen, um die allgemeine Kommunikationseffizienz aufrechtzuerhalten.

Abramsons Thesenillustration

Dieses Modell machte Metcalfes These schließlich „theoretisch“ genug, damit er seine Verteidigung an der Harvard University bestehen konnte. Gleichzeitig erkannte Metcalfe auch, dass er dieses Modell in der Praxis umsetzen konnte.

Damals erlaubte Arpanet Forschern die gemeinsame Nutzung großer Computer, aber das war teuer. ALOHAnet verbindet außerdem viele Zugangspunkte mit einem zentralen Hub. Und das PARC-Labor verfolgt einen besonderen Ansatz zur Computervernetzung.

Abramsons Papierillustration

Taylor von PARC hatte eine Idee: ein lokales Netzwerk bestehend aus vielen Computern im selben Gebäude. Als neuer Mitarbeiter begann Metcalfe sofort mit der Arbeit an diesem Entwurf Netzwerk.

Ethernet, das für immer in die Geschichte eingehen wird, wurde geboren

In einem berühmten Memo im Mai 1973 erläuterte Metcalfe seine Vision. Auf der ersten Seite des Memos vom Mai 1973 erläuterte Metcalfe seine Vision für Ethernet ebnet den Weg für Geräte, miteinander zu kommunizieren und Informationen in einem lokalen Netzwerk auszutauschen.

Das erste Ethernet lief mit 2,94 Megabit pro Sekunde, etwa 10.000 Mal schneller als das ursprüngliche Terminalnetzwerk.

Das Memorandum empfiehlt, dass sich das Netzwerk an neue Technologien wie Glasfaser, Twisted Pair, Wi-Fi und Stromnetze anpasst und das ursprüngliche Koaxialkabel als Hauptkommunikationsmethode durch „Ethernet“ ersetzt. Dieser Beitrag wurde später im ACM Communications-Artikel „Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks“ von Metcalfe und Kollegen aus dem Jahr 1976 verewigt.

Papieradresse: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/360248.360253

Auf der linken Seite ist Bob Metcalfe; Rechts ist David Boggs

In dem Memo kombiniert seine Idee Abramsons Zufallsübertragungssystem, Metcalfes Anpassungen des Timings und andere Verbesserungen am ALOHAnet-Modell, die die Auswirkungen von Kollisionen abschwächen.

Einige dieser theoretischen Innovationen kamen von anderen Forschern, aber Metcalfe war der erste, der sie in das tatsächliche lokale Netzwerkdesign integrierte.

In seiner Vision wurde auch der zentrale Knotenpunkt von ALOHAnet gestrichen. Stattdessen werden Computer über ein passives Medium verbunden. Metcalfe hat sich ein spezielles Kabel ausgedacht, das sehr praktisch ist. Er stellte jedoch fest, dass theoretisch auch andere kabelgebundene oder kabellose Netzwerke genauso gut funktionieren könnten.

Um den Schwerpunkt nicht auf bestimmte Hardware zu legen, nannte Metcalf seine Idee Ethernet, was heute als Ethernet bekannt ist.

„Äther“ ist ein Medium, durch das Physiker im 19. Jahrhundert vermuteten, dass elektromagnetische Wellen passieren würden. Diese Idee erwies sich später als falsch. Aber das Wort hat im Laufe der Geschichte Bestand gehabt.

Ein Prototyp eines Ethernet-Adapters von Metcalfe, der frühe Personalcomputer mit dem ersten lokalen Netzwerk verband, an dessen Entwicklung er 1973 beteiligt war

Im November 1973 bauten Metcalfe und seine Kollegen das erste Netzwerk auf.

Er baute das Netzwerk weiter aus, in der Hoffnung, es über Xerox hinaus auszuweiten, aber die Führungskräfte waren bei der Kommerzialisierung der neuen Technologie außerordentlich langsam.

Für immer jung, immer bemüht

1979 hatte Metcalfe endlich genug. Er verließ PARC und gründete seine eigene Firma, 3Com, um das zu tun, was er bei Xerox nicht tun konnte.

Vinton Cerf, bekannt als der Vater des Internets, beschrieb Metcalfe folgendermaßen: „Man würde ihn niemals als bescheiden bezeichnen. Sobald er eine Idee hat, wird er sie sofort in die Tat umsetzen.“

Kurz darauf Als Metcalfe das Unternehmen gründete, wirbelte er die gesamte Branche auf. Es überzeugte die ursprünglichen Unternehmen Xerox, Intel und viele inzwischen aufgelöste Unternehmen für digitale Ausrüstung, Ethernet als offenen Industriestandard für lokale Netzwerke zu übernehmen.

Im Wettbewerb mit anderen Technologien hat Ethernet schließlich gewonnen. Man kann sagen, dass dies auf seine Suggestibilität und die von Metcalfe in seinen Anfängen geförderte Standardisierung zurückzuführen ist.

3Com hat die kommerzielle Rentabilität von Ethernet durch den Verkauf von Netzwerksoftware, Ethernet-Transceivern und Ethernet-Karten für kleine Computer und Workstations erheblich gesteigert. Als IBM den Personal Computer vorstellte, führte 3Com die ersten Ethernet-Schnittstellen für den IBM PC und seine Klone ein.

1990 verließ Metcalfe 3Com und wurde Experte und Technologiekolumnist. Während er weiterhin als Risikokapitalgeber arbeitete, war er später Professor an der University of Texas in Austin.

Warum gibt es so eine große berufliche Veränderung? Metcalf hat dazu eine Theorie: „Am Anfang weiß man nichts, und dann steigt die Lernkurve, und dann weiß man alles.“ Und er wies darauf hin, dass der interessanteste Teil in der Mitte liegt Kurve.

Ethernet wurde im Laufe der Jahre stark optimiert, wobei nur wenige der ursprünglichen technischen Details beibehalten wurden. Aber es spielt weiterhin eine wesentliche Rolle als Heimleitung für die heutigen PC-Netzwerke.

Ethernet macht alles möglich.

Jetzt hat der 76-jährige Metcalfe immer noch nicht aufgehört zu werfen. Letztes Jahr wechselte er erneut seine berufliche Laufbahn und ist jetzt Forscher am MIT, wo er Supercomputeranwendungen im Energiebereich und in anderen Bereichen untersucht.

Der 23-jährige Turing-Award-Gewinner sagte: „Ich befinde mich noch in der Anfangsphase der Lernkurve. Ich weiß nicht viel, aber ich arbeite noch daran

Heute.“ Ethernet ist der globale Hauptkanal für die kabelgebundene Netzwerkkommunikation und verarbeitet Datenraten von 10 Mbit/s bis 400 Gbit/s, mit dem Aufkommen von 800-Gbit/s- und 1,6-Tbit/s-Technologien.

Ethernet hat sich ebenfalls zu einem riesigen Markt entwickelt, wobei der Umsatz allein mit Ethernet-Switches laut International Data Corporation im Jahr 2021 30 Milliarden US-Dollar übersteigt.

Und aus alten Zeiten besteht Metcalfe darauf, den ursprünglichen Namen „Wireless Ethernet“ zu verwenden, um Wi-Fi zu nennen.

Professorin Daniela Rus, Direktorin von CSAIL und der Abteilung für Elektrotechnik und Informatik am MIT, sagte: „Durch die Erfindung von Ethernet erreichte er eine nahtlose Kommunikation und einen nahtlosen Informationsaustausch und stellte unzählige Anwendungen bereit, die in unserem unverzichtbar geworden sind.“ Ethernet ist der Wegbereiter für das Internet und das Online-Video-Streaming und hat die Art und Weise, wie wir uns verbinden, verändert. Ohne die Konnektivität, die Ethernet mit sich bringt, wäre es schwierig. Jetzt ist die gesamte Menschheit plötzlich miteinander verbunden. Das ist die wichtigste Tatsache über den menschlichen Zustand.“

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