Cipurile viitorului s-ar putea „hrăni” cu propria căldură: MIT transformă reziduurile termice în informație pură

În mod normal, căldura este inamicul public numărul unu pentru orice pasionat de tehnologie. Este motivul pentru care laptopul tău sună ca o turbină de avion și motivul pentru care centrele de date gigantice consumă cantități enorme de energie doar pentru răcire. Dar dacă, în loc să încercăm cu disperare să scăpăm de ea, am putea să o punem la treabă?

Cercetătorii de la MIT tocmai au publicat o dovadă a conceptului care ar putea schimba fundamental modul în care funcționează electronicele noastre. Aceștia au proiectat noi componente de calcul analogice care permit dispozitivelor să proceseze date utilizând exact căldura pe care o generează în timpul funcționării.

Calculul analogic: cum se transformă reziduurile termice în informație pură

Într-un studiu publicat pe 29 ianuarie în prestigioasa revistă Physical Review Applied, echipa a detaliat modul în care a creat structuri microscopice din siliciu capabile să controleze cu precizie chirurgicală răspândirea căldurii pe suprafața unui cip.

Partea cu adevărat fascinantă? Aceste structuri sunt complet pasive. Nu au nevoie de tranzistori, cabluri sau componente electronice complexe. În schimb, ele utilizează legile naturale ale conducerii termice pentru a redirecționa energia către puncte specifice, unde temperatura și fluxul de căldură sunt codificate direct ca date.

Spre deosebire de calculul digital tradițional, care se bazează pe valorile binare de 0 și 1, această abordare folosește calculul analogic. Aici, valorile fizice continue — în acest caz, variațiile de temperatură — sunt cele care procesează informația.

Mai multă eficiență, mai puțini senzori

Această tehnologie nu este doar un experiment de laborator; ea are aplicații practice imediate. Ar putea fi utilizată pentru a detecta sursele de căldură și pentru a monitoriza fluctuațiile de temperatură în interiorul electronicelor fără a consuma niciun pic de energie suplimentară. Mai mult, ar putea elimina necesitatea senzorilor de temperatură voluminoși care ocupă spațiu prețios pe cipuri.

Dacă proiectul va fi scalat cu succes, echipa speră ca aceste structuri să fie integrate în sistemele microelectronice pentru a eficientiza sarcini care „înghit” energie, cum ar fi procesele de inteligență artificială (AI).

„De cele mai multe ori, când efectuezi calcule într-un dispozitiv electronic, căldura este un produs rezidual. De multe ori, vrei să elimini cât mai multă căldură posibil. Dar aici, am adoptat o abordare opusă, folosind căldura ca formă de informație în sine și demonstrând că calculul cu căldură este posibil.”, a explicat autorul principal al studiului, Caio Silva, student la fizică la MIT.

Matematică la temperaturi înalte

Sistemul se bazează pe cercetări realizate la MIT în anul 2022 privind materialele nanostructurate. Pe măsură ce căldura circulă prin siliciu de la zonele fierbinți la cele reci, geometria internă a acestor structuri dictează exact câtă energie termică ajunge la punctele de ieșire.

Această energie termică poate fi măsurată și convertită într-un semnal electric standard prin senzori convenționali, fiind apoi prelucrată de restul sistemului. În cadrul simulărilor, aceste structuri au reușit să efectueze o operație de multiplicare matrice-vector (o funcție matematică esențială pentru AI și procesarea semnalelor) cu o precizie uluitoare, de peste 99%.

Totuși, drumul până la implementarea în modele lingvistice mari (LLM) este lung: cercetătorii notează că ar fi nevoie de milioane de astfel de structuri interconectate pentru a susține un astfel de sistem.

Pe termen scurt, echipa se concentrează pe gestionarea termică și prevenirea deteriorării cipurilor. „Am putea detecta direct sursele de căldură cu aceste structuri și le putem conecta fără a avea nevoie de componente digitale”, a adăugat coautorul studiului, Giuseppe Romano, cercetător la Institutul pentru Nanotehnologii Militare al MIT.

Se pare că viitorul informaticii nu este doar digital, ci și surprinzător de fierbinte.