MIT-ingenjörer omvandlar spillvärme till datorkraft med nya kiselstrukturer

Ingenjörer från MIT har förvandlat en vanlig elektronisk olägenhet - spillvärme - till en beräkningsresurs. I en studie som publicerades i tidskriften Physical Review Applied avslöjade forskarna mikroskopiska kiselstrukturer som kan utföra matematiska beräkningar med hjälp av värme istället för elektricitet.

Forskargruppen, som består av grundutbildningsstudenten Caio Silva och forskaren Giuseppe Romano, använde en teknik som kallas invers design för att skapa dessa strukturer. Genom att mata in önskad funktionalitet i ett mjukvarusystem genererade algoritmer komplexa, porfyllda kiselgeometrier som var ungefär lika stora som en dammpartikel. Dessa strukturer styr värmeflödet för att utföra matrisvektormultiplikation - den grundläggande matematiken bakom maskininlärningsmodeller som Large Language Models (LLM) - med över 99% noggrannhet i simuleringar.

När man utför beräkningar i en elektronisk enhet är värme för det mesta en avfallsprodukt. Ofta vill man göra sig av med så mycket värme som möjligt. Men här har vi gått motsatt väg genom att använda värme som en form av information och visa att det är möjligt att göra beräkningar med värme. - Caio Silva, huvudförfattare till artikeln.

För att övervinna den fysiska begränsningen att värme bara flödar från varmt till kallt delade teamet upp målmatriser i positiva och negativa komponenter och bearbetade dem genom separata strukturer. De justerade också kiseltjockleken för att kontrollera värmeledningen mer exakt.

Även om tekniken står inför hinder när det gäller bandbredd och skalning för komplexa djupinlärningsuppgifter, har den omedelbar potential inom termisk hantering. Strukturerna skulle självständigt kunna upptäcka överhettning eller temperaturgradienter i elektronik utan att kräva extern ström eller digitala sensorer. Teamet siktar nu på att utveckla programmerbara strukturer som kan utföra sekventiella operationer.