Исследователи Массачусетского технологического института нашли неожиданный способ использовать то, от чего электроника обычно изо всех сил старается избавиться: тепло. Вместо того, чтобы рассматривать избыток тепла как проблему, команда показала, что его можно использовать для выполнения определенных математических операций самостоятельно, без какой-либо дополнительной электроэнергии.
Основное внимание в работе уделяется кремниевым структурам размером всего с пылинку. Эти структуры не содержат транзисторов или движущихся частей. Вместо этого они полностью основаны на естественном протекании тепла через твердый материал. По словам исследователей, этот поток может быть сформирован достаточно точно для выполнения матрично-векторного умножения, основной операции, используемой во многих моделях машинного обучения.
Исследованием руководил студент Массачусетского технологического института Кайо Сильва, работавший с научным сотрудником Джузеппе Романо. В ходе моделирования конструкции, основанные на использовании тепла, смогли выполнить расчеты с точностью более 99 процентов
Вот как это работает
Ключевая идея заключается в том, что разница температур действует как входные данные, а результирующая тепловая диффузия автоматически генерирует выходные данные.
Чтобы это сработало, исследователи использовали подход к проектированию, известный как обратное проектирование. Вместо того, чтобы рисовать структуры вручную, они определили математическую операцию, которую хотели, и позволили программному обеспечению генерировать сложные геометрические формы кремния, которые будут направлять тепло правильным образом. Многие из этих конструкций выглядят неровными и пористыми, но каждая деталь играет свою роль в контроле распространения тепла. Поскольку тепло может поступать только из горячих областей в более холодные, команде также пришлось разделить расчеты на положительную и отрицательную части и обрабатывать их отдельно.
Они не предназначены для замены обычных процессоров. Тепловые сигналы передаются гораздо медленнее, чем электрические, и эти устройства могут выполнять только фиксированные операции. Но эта идея может быть полезна в очень специфических ситуациях, таких как пассивное тепловое зондирование, отображение температуры на кристалле или простая обработка сигналов, которая не оправдывает дополнительного энергопотребления.
Как отметил Сильва, большинство электронных систем рассматривают тепло как бесполезную трату энергии. Эта работа придерживается противоположной точки зрения и задается вопросом, можно ли заставить тепло делать что-то полезное, прежде чем оно исчезнет.
Это все еще раннее исследование, но оно предлагает другой взгляд на вычисления, в котором тепло является не просто побочным эффектом, а частью самого процесса.
