MIT biến nhiệt thải thành công cụ tính toán: Hướng đi mới giúp thiết bị điện tử vừa mát hơn, vừa tiết kiệm năng lượng

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa giới thiệu một phương pháp tính toán khác biệt, trong đó nhiệt thải sinh ra trong quá trình hoạt động của thiết bị điện tử được sử dụng trực tiếp để thực hiện các phép toán số học. Cách tiếp cận này đặt lại vai trò của nhiệt, từ yếu tố bất lợi cần loại bỏ thành một dạng tài nguyên có thể khai thác.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển các cấu trúc silicon siêu nhỏ, không chứa transistor hay bộ phận chuyển động. Khi được tích hợp vào hệ thống, dòng nhiệt dư do thiết bị sinh ra sẽ đóng vai trò dữ liệu đầu vào. Cách nhiệt lan truyền qua hình học được thiết kế sẵn của các cấu trúc này tương ứng với việc thực hiện các phép toán toán học cụ thể.

Trong mô hình trên, dữ liệu được mã hóa bằng các mức nhiệt khác nhau, còn kết quả được xác định thông qua công suất nhiệt ở đầu ra, vốn được giữ ở nhiệt độ cố định. Các thử nghiệm mô phỏng cho thấy hệ thống có thể thực hiện phép nhân ma trận với độ chính xác trên 99 %, đây là phép toán nền tảng trong nhiều ứng dụng học máy và trí tuệ nhân tạo hiện nay.

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

Dù vậy, phương pháp này vẫn tồn tại những hạn chế. Do nhiệt chỉ truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, các cấu trúc hiện tại chỉ trực tiếp xử lý được các hệ số dương, buộc nhóm nghiên cứu phải tách riêng phần dương và âm của ma trận trước khi tổng hợp kết quả. Ngoài ra, 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.

Theo các nhà khoa học, trong giai đoạn đầu, tính toán bằng nhiệt có thể phù hợp với các ứng dụng như cảm biến thụ động, đo nhiệt độ trên chip hoặc xử lý tín hiệu đơn giản không cần nguồn điện bổ sung. Về lâu dài, nghiên cứu này mở ra một góc nhìn mới về cách tận dụng nhiệt thải, góp phần giảm lãng phí năng lượng trong các hệ thống điện tử tương lai.