Инженеры Массачусетского технологического института превращают отработанное тепло в вычислительную мощность с помощью новых кремниевых структур

Инженеры Массачусетского технологического института превратили обычную электронную неприятность - отработанное тепло - в вычислительный ресурс. В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Applied, ученые обнаружили микроскопические кремниевые структуры, способные выполнять математические вычисления, используя тепло вместо электричества.

Исследовательская группа, состоящая из студента бакалавриата Кайо Сильвы и научного сотрудника Джузеппе Романо, использовала для создания этих структур технику, называемую инверсным проектированием. Введя желаемую функциональность в программный комплекс, алгоритмы сгенерировали сложные, заполненные порами кремниевые геометрии размером примерно с частицу пыли. Эти структуры направляют поток тепла для выполнения матрично-векторного умножения - фундаментальной математики, лежащей в основе моделей машинного обучения, таких как модели большого языка (LLM) - с более чем 99% точностью в симуляциях.

В большинстве случаев, когда Вы выполняете вычисления в электронном устройстве, тепло - это отработанный продукт. Часто Вы хотите избавиться от как можно большего количества тепла. Но здесь мы применили противоположный подход, используя тепло как форму информации и показав, что вычисления с помощью тепла возможны". - Кайо Сильва, ведущий автор статьи.

Чтобы преодолеть физическое ограничение, согласно которому тепло течет только от горячего к холодному, команда разделила целевые матрицы на положительные и отрицательные компоненты, обрабатывая их через отдельные структуры. Они также изменили толщину кремния, чтобы более точно контролировать теплопроводность.

Хотя технология сталкивается с трудностями в отношении пропускной способности и масштабирования для решения сложных задач глубокого обучения, она имеет непосредственный потенциал в области терморегуляции. Такие структуры могут автономно обнаруживать перегрев или температурные градиенты в электронике, не требуя внешнего питания или цифровых датчиков. Теперь команда намерена разработать программируемые структуры, способные выполнять последовательные операции.