Científicos del MIT han publicado una prueba de concepto para nuevos componentes informáticos analógicos que podrían permitir que los dispositivos electrónicos procesen datos utilizando el calor que generan. En un estudio publicado el 29 de enero en la revista Physical Review Applied, los investigadores diseñaron estructuras microscópicas de silicio que controlan con precisión cómo se propaga el calor a través de la superficie de un chip. Las estructuras, que son completamente pasivas y no contienen electrónica, utilizan las leyes naturales de conducción del calor para redistribuir la energía térmica hacia puntos donde puede codificarse como datos.
Este enfoque representa una forma de computación analógica, en la que se utilizan valores físicos continuos (en este caso, la temperatura y el flujo de calor) para procesar información en lugar de 1 y 0 binarios. La técnica podría utilizarse para detectar fuentes de calor y medir cambios de temperatura en dispositivos electrónicos sin aumentar el consumo energético. Esto también eliminaría la necesidad de múltiples sensores de temperatura que ocupan espacio en un chip, según los investigadores. Si el diseño se puede escalar, el equipo espera que algún día pueda integrarse en sistemas microelectrónicos para hacer que las tareas informáticas de alto consumo, como las cargas de trabajo de inteligencia artificial (IA), sean más eficientes energéticamente.
“La mayoría de las veces, cuando se realizan cálculos en un dispositivo electrónico, el calor es el producto de desecho. A menudo se desea eliminar la mayor cantidad de calor posible. Pero aquí, hemos adoptado el enfoque opuesto al utilizar el calor como una forma de información en sí misma y demostrar que la computación con calor es posible”, dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Caio Silva, estudiante de física del MIT.
El trabajo se basa en la investigación del MIT de 2022 sobre el diseño de materiales nanoestructurados capaces de controlar el flujo de calor.
Chip caliente
A medida que el calor fluye a través del silicio desde las regiones más calientes a las más frías, la geometría interna de las estructuras determina cuánto calor llega a cada punto de salida. La salida térmica en estos puntos puede medirse y convertirse en una señal eléctrica estándar mediante sensores convencionales integrados en el chip. La señal resultante puede ser procesada por otras partes del sistema, explicaron los científicos. En las simulaciones, las estructuras realizaron una multiplicación simple de matriz-vector con más del 99% de precisión, dijo el equipo en el estudio.
La multiplicación de matrices sustenta muchas tareas de aprendizaje automático y procesamiento de señales, aunque el equipo señaló que escalar este enfoque a modelos de lenguaje grandes (LLM) requeriría millones de estructuras de silicio vinculadas trabajando juntas. El equipo ahora quiere explorar aplicaciones en gestión térmica, detección de fuentes de calor y monitoreo de gradientes de temperatura en microelectrónica, donde las nuevas estructuras podrían evitar que los chips se dañen sin requerir energía adicional.
Giuseppe Romano, coautor del estudio e investigador científico del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT, añadió en la declaración: “Podríamos detectar directamente dichas fuentes de calor con estas estructuras, y podemos simplemente conectarlas sin necesidad de ningún componente digital”.
Fuente: Live Science.