MIT-ingenieurs zetten afvalwarmte om in rekenkracht met nieuwe siliciumstructuren

Ingenieurs van het MIT hebben een veelvoorkomende elektronische overlast - afvalwarmte - in een rekenhulpmiddel veranderd. In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Applied onthulden onderzoekers microscopische siliciumstructuren die in staat zijn om wiskundige berekeningen uit te voeren met behulp van warmte in plaats van elektriciteit.

Het onderzoeksteam, bestaande uit student Caio Silva en onderzoekswetenschapper Giuseppe Romano, gebruikte een techniek die invers ontwerp wordt genoemd om deze structuren te maken. Door de gewenste functionaliteit in een softwaresysteem in te voeren, genereerden algoritmes complexe, met poriën gevulde siliciumgeometrieën ter grootte van ongeveer een stofdeeltje. Deze structuren geleiden de warmtestroom om matrixvectorvermenigvuldiging uit te voeren - de fundamentele wiskunde achter machine-learning modellen zoals Large Language Models (LLM's) - met meer dan 99% nauwkeurigheid in simulaties.

Wanneer u berekeningen uitvoert in een elektronisch apparaat, is warmte meestal het afvalproduct. U wilt vaak zoveel mogelijk warmte kwijt. Maar hier hebben we voor de tegenovergestelde benadering gekozen door warmte te gebruiken als een vorm van informatie zelf en te laten zien dat rekenen met warmte mogelijk is. - Caio Silva, hoofdauteur van het artikel.

Om de fysische beperking te overwinnen dat warmte alleen van warm naar koud stroomt, splitste het team doelmatrices op in positieve en negatieve componenten en verwerkte ze via aparte structuren. Ze pasten ook de dikte van het silicium aan om de warmtegeleiding nauwkeuriger te regelen.

Hoewel de technologie nog hindernissen ondervindt op het gebied van bandbreedte en schaalbaarheid voor complexe deep-learning taken, heeft het direct potentieel in thermisch beheer. De structuren zouden autonoom oververhitting of temperatuurgradiënten in elektronica kunnen detecteren zonder externe voeding of digitale sensoren nodig te hebben. Het team wil nu programmeerbare structuren ontwikkelen die sequentiële bewerkingen kunnen uitvoeren.