Gli ingegneri del MIT trasformano il calore di scarto in potenza di calcolo con nuove strutture di silicio

Gli ingegneri del MIT hanno trasformato un comune fastidio elettronico - il calore di scarto - in una risorsa di calcolo. In uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review Applied, i ricercatori hanno rivelato strutture microscopiche di silicio in grado di eseguire calcoli matematici utilizzando il calore invece dell'elettricità.

Il team di ricerca, composto dallo studente universitario Caio Silva e dal ricercatore Giuseppe Romano, ha utilizzato una tecnica chiamata progettazione inversa per creare queste strutture. Alimentando la funzionalità desiderata in un sistema software, gli algoritmi hanno generato geometrie di silicio complesse e piene di pori, grandi all'incirca come una particella di polvere. Queste strutture guidano il flusso di calore per eseguire la moltiplicazione vettoriale della matrice - la matematica fondamentale alla base dei modelli di apprendimento automatico come i Large Language Models (LLM) - con una precisione superiore al 99% nelle simulazioni.

Nella maggior parte dei casi, quando si eseguono calcoli in un dispositivo elettronico, il calore è il prodotto di scarto. Spesso si vuole eliminare il più possibile il calore. Ma in questo caso, abbiamo adottato l'approccio opposto, utilizzando il calore come una forma di informazione stessa e dimostrando che il calcolo con il calore è possibile. - Caio Silva, autore principale dell'articolo.

Per superare la limitazione fisica secondo cui il calore fluisce solo dal caldo al freddo, il team ha diviso le matrici target in componenti positivi e negativi, elaborandoli attraverso strutture separate. Hanno anche regolato lo spessore del silicio per controllare la conduzione del calore in modo più preciso.

Sebbene la tecnologia debba affrontare degli ostacoli per quanto riguarda la larghezza di banda e la scalabilità per i compiti complessi di apprendimento profondo, ha un potenziale immediato nella gestione termica. Le strutture potrebbero rilevare autonomamente il surriscaldamento o i gradienti di temperatura nell'elettronica, senza richiedere alimentazione esterna o sensori digitali. Il team punta ora a sviluppare strutture programmabili in grado di eseguire operazioni sequenziali.