Вчені з Массачусетського технологічного інституту (MIT) продемонстрували проривний метод обробки даних з використанням відпрацьованого тепла, виробленого електронними пристроями. Замість того, щоб викидати тепло як побічний продукт, вони розробили мікроскопічні кремнієві структури, які перетворять теплову енергію на обчислення — концепцію, яка може революціонізувати енергоефективність у високопродуктивних додатках, таких як штучний інтелект.
Як Це Працює: Аналогові Обчислення з Використанням Тепла
Дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Applied, описує пасивні кремнієві структури, які точно контролюють розподіл тепла по поверхні чіпа. Ці структури покладаються на традиційну електроніку; натомість вони використовують природні закони теплопровідності для кодування теплової енергії у вигляді даних. Цей підхід знаменує перехід до аналогових обчислень, де безперервні фізичні величини (температура, тепловий потік) замінюють двійкові 1 і 0.
Головний висновок : команда фактично перетворила тепло, що традиційно вважалося відходом, на корисну форму інформації.
Усунення Датчиків та Підвищення Ефективності
Інновація команди MIT пропонує кілька потенційних переваг. По-перше, вона може усунути необхідність у численних датчиках температури на чіпах, зменшивши просторові обмеження та складність. Що більш важливо, ця техніка дозволяє здійснювати виявлення та вимірювання температури в режимі реального часу без збільшення енергоспоживання.
Це є особливо актуальним для високопродуктивних обчислювальних завдань, де надмірне виділення тепла є серйозною проблемою. Вбудовуючи ці структури в мікроелектронні системи, дослідники сподіваються зробити робочі навантаження ІІ та інші ресурсомісткі процеси більш енергоефективними.
Від Моделювання до Реальності: Масштабування Технології
У моделюванні структури успішно виконували множення матриць на вектори з точністю понад 99%. Розмноження матриць є фундаментальним для машинного навчання та обробки сигналів, але масштабування цього підходу для складних завдань, таких як великі мовні моделі (LLM), вимагатиме мільйонів взаємопов’язаних кремнієвих структур.
Дослідження ґрунтується на попередній роботі MIT 2022 року, яка була зосереджена на розробці наноструктурованих матеріалів, здатних контролювати тепловий потік. Команда зараз вивчає програми в галузі теплового управління, виявлення джерел тепла та моніторингу градієнтів температури для запобігання пошкодженню чіпів без додаткових вимог до потужності.
“У більшості випадків, коли ви виконуєте обчислення в електронному пристрої, тепло є побічним продуктом… Але тут ми використовували зворотний підхід, використовуючи тепло як форму інформації”, – пояснює Кайо Сілва, провідний автор дослідження.
Кінцева мета – перетворити давню інженерну проблему – втрачену теплову енергію – на новий обчислювальний ресурс. Це дослідження передбачає майбутнє, де пристрої не просто обробляють дані, а навчаються на теплі, яке вони виробляють.
