Инженеры MIT предложили необычный способ использовать то, что в электронике обычно считают проблемой, — избыточное тепло.
Вместо того чтобы рассеивать его как побочный эффект работы устройств, исследователи показали, что тепловую энергию можно задействовать для выполнения математических операций без дополнительного потребления электричества. Иначе говоря, тепло способно не просто «теряться», а участвовать в вычислениях.
В основе разработки — крошечные кремниевые структуры размером с пылинку. В них нет ни транзисторов, ни подвижных элементов: вся логика строится на естественном распространении тепла внутри твёрдого материала. Учёные продемонстрировали, что при правильной геометрии тепловой поток можно направить так, чтобы он выполнял операцию умножения матрицы на вектор — один из базовых процессов, лежащих в основе алгоритмов машинного обучения. В симуляциях точность таких расчётов превысила 99%.
Принцип работы основан на разнице температур: «входными данными» служат тепловые градиенты, а итоговое распределение тепла формирует результат автоматически. Для проектирования использовался метод обратного дизайна: исследователи задавали желаемую математическую операцию, а специальное программное обеспечение генерировало сложную, порой пористую и асимметричную геометрию кремния, которая обеспечивала нужное направление тепловых потоков. Поскольку тепло распространяется только от более тёплых зон к более холодным, вычисления с положительными и отрицательными значениями пришлось разделять и обрабатывать по отдельности.
Авторы подчёркивают, что речь не идёт о замене традиционных процессоров: тепловые процессы значительно медленнее электрических сигналов, а созданные структуры выполняют лишь заранее заданные операции. Однако такой подход может быть полезен в узких задачах, где важно минимальное энергопотребление, — например, в пассивных тепловых датчиках, системах мониторинга температуры на чипе или простых схемах обработки сигналов.
