پژوهشگران MIT راهی غیرمنتظره برای استفاده از چیزی پیدا کردهاند که معمولاً در الکترونیک تلاش میشود هرچه سریعتر از بین برود: گرما. بهجای اینکه گرمای اضافی را یک مشکل بدانند، این تیم نشان داده که میتوان از آن برای انجام برخی عملیات ریاضی استفاده کرد، آن هم بدون مصرف هیچ توان الکتریکی اضافی.
این تحقیق روی ساختارهای سیلیکونی بسیار کوچکی (در حد اندازه یک ذره گردوغبار) متمرکز است. این ساختارها نه ترانزیستور دارند و نه قطعات متحرک، در عوض، کاملاً به نحوه جریان طبیعی گرما در مواد جامد متکی هستند. به گفته پژوهشگران، میتوان این جریان گرما را با دقت کافی شکل داد تا عملیاتی مانند ضرب ماتریس در بردار را انجام دهد؛ عملیاتی پایهای که در بسیاری از مدلهای یادگیری ماشین استفاده میشود.
این مطالعه به رهبری کایو سیلوا، دانشجوی کارشناسی MIT، و با همکاری جوزپه رومانو، پژوهشگر علمی، انجام شده است. در شبیهسازیها، این ساختارهای مبتنی بر گرما توانستند محاسبات را با دقتی بیش از 99 درصد انجام دهند. ایده اصلی این است که اختلاف دما بهعنوان ورودی عمل میکند و انتشار طبیعی گرما بهصورت خودکار خروجی محاسبه را تولید میکند. برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران از رویکردی به نام طراحی معکوس (Inverse Design) استفاده کردند.
بهجای طراحی دستی ساختارها، آنها ابتدا عملیات ریاضی موردنظر را تعریف کردند و سپس به نرمافزار اجازه داد هندسههای پیچیدهای از سیلیکون تولید کند که گرما را دقیقاً به شکل دلخواه هدایت کنند. بسیاری از این طرحها ظاهری نامنظم و متخلخل دارند، اما هر جزئی از آنها نقش مشخصی در کنترل نحوه پخش گرما ایفا میکند. از آنجا که گرما فقط میتواند از نواحی گرم به سمت نواحی سرد جریان پیدا کند، تیم تحقیقاتی مجبور شد محاسبات را به بخشهای مثبت و منفی تقسیم کرده و آنها را جداگانه پردازش کند.
این فناوری قرار نیست جایگزین پردازندههای معمولی شود. گرما بسیار کندتر از سیگنالهای الکتریکی حرکت میکند و این ساختارها فقط قادر به انجام عملیات ثابت هستند. با این حال، این ایده میتواند در کاربردهای بسیار خاص مفید باشد؛ مثل حسگرهای حرارتی غیرفعال، نقشهبرداری دمایی روی تراشه یا پردازش ساده سیگنال در شرایطی که مصرف انرژی اضافی توجیهی ندارد. این تحقیق هنوز در مراحل اولیه است، اما راه تازهای برای فکر کردن به مفهوم محاسبه ارائه میدهد؛ رویکردی که در آن گرما فقط یک اثر جانبی نیست، بلکه بخشی از خود فرایند محاسبات به شمار میآید.
