MIT phát minh ra cách biến nhiệt thải thành công cụ tính toán: Một bước đi mới giúp các thiết bị điện tử vừa duy trì nhiệt độ thấp, vừa tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

Các nhà khoa học tại MIT mới đây đã giới thiệu một phương pháp tận dụng nhiệt thải để thực hiện các phép toán, mở ra một hướng tiếp cận hoàn toàn mới đối với bài toán hiệu suất và tiêu thụ năng lượng trong điện tử hiện đại.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa công bố một phương pháp tính toán đột phá, trong đó nhiệt thải sinh ra trong quá trình hoạt động của các thiết bị điện tử được sử dụng trực tiếp để thực hiện các phép toán số học. Cách tiếp cận này thay đổi hoàn toàn quan niệm về nhiệt, từ một yếu tố bất lợi cần loại bỏ thành một tài nguyên có thể khai thác.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển các cấu trúc silicon siêu nhỏ, không cần transistor hay bộ phận chuyển động. Khi được tích hợp vào hệ thống, nhiệt dư thừa sinh ra từ các thiết bị sẽ được dùng làm dữ liệu đầu vào. Cách nhiệt truyền qua hình học đã được thiết kế trước của các cấu trúc này sẽ tương ứng với các phép toán toán học cụ thể.

Trong mô hình này, dữ liệu được mã hóa bằng các mức nhiệt khác nhau, và kết quả sẽ được xác định thông qua công suất nhiệt ở đầu ra, được giữ ở nhiệt độ ổn định. Các thử nghiệm mô phỏng đã chỉ ra rằng hệ thống có thể thực hiện phép nhân ma trận với độ chính xác lên đến hơn 99%, một phép toán cơ bản trong các ứng dụng học máy và trí tuệ nhân tạo hiện nay.

Để tạo ra các cấu trúc silicon có khả năng dẫn nhiệt như mong muốn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp thiết kế nghịch đảo. Thuật toán sẽ tự động điều chỉnh hình dạng của cấu trúc dựa trên mục tiêu tính toán đặt ra, thay vì phải thiết kế thủ công từng chi tiết.

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn những hạn chế. Do nhiệt chỉ lan truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, các cấu trúc hiện tại chỉ có thể xử lý các hệ số dương, buộc nhóm nghiên cứu phải tách riêng phần dương và âm của ma trận trước khi tổng hợp kết quả. Thêm vào đó, tốc độ lan truyền của nhiệt cũng chậm hơn nhiều so với tín hiệu điện, khiến công nghệ này chưa thể thay thế các bộ xử lý truyền thống.

Các nhà khoa học cho rằng trong giai đoạn đầu, việc tính toán bằng nhiệt có thể ứng dụng hiệu quả trong các lĩnh vực như cảm biến thụ động, đo nhiệt độ trên chip, hoặc xử lý tín hiệu đơn giản mà không cần sử dụng nguồn điện phụ trợ. Về lâu dài, nghiên cứu này mở ra một hướng đi mới trong việc tận dụng nhiệt thải, góp phần giảm thiểu lãng phí năng lượng trong các hệ thống điện tử trong tương lai.