Adam Zewe, Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Bu bədii təsvir, mikroelektron sistemə yerləşdirilmiş artıq istilikdən istifadə edərək hesablamalar aparan istilik analoq hesablama cihazını göstərir. Müəllif: Jose-Luis Olivares, MIT

MIT tədqiqatçıları elektrik enerjisi əvəzinə artıq istilikdən istifadə edərək elektron cihazda hesablamalar apara bilən silikon strukturları hazırlayıblar. Bu kiçik strukturlar nə vaxtsa daha enerjiyə qənaət edən hesablamalara imkan verə bilər. Bu hesablama metodunda giriş məlumatları cihazda artıq mövcud olan tullantı istiliyindən istifadə edərək temperatur dəsti kimi kodlanır.

Xüsusi hazırlanmış materialdan istilik axını və paylanması hesablamanın əsasını təşkil edir. Daha sonra çıxış sabit temperaturda termostat olan digər ucunda toplanan güclə təmsil olunur.

   Hubble yeni tip obyektlərin ilk nümunəsi olan Cloud-9-u araşdırırPlay Video

Tədqiqatçılar bu strukturlardan istifadə edərək matris vektor vurma əməliyyatını 99%-dən çox dəqiqliklə yerinə yetirdilər. Matris vurma, LLM-lər kimi məlumatı emal etmək və proqnozlar vermək üçün istifadə edilən maşın öyrənmə modellərinin əsas riyazi texnikasıdır.

Tədqiqatın nəticələri Physical Review Applied jurnalında dərc olunub .

Tədqiqatçılar bu hesablama metodunu müasir dərin öyrənmə modelləri üçün genişləndirmək üçün hələ də bir çox çətinliklərin öhdəsindən gəlməli olsalar da, bu texnika əlavə enerji sərf etmədən istilik mənbələrini aşkar etmək və elektronikada temperatur dəyişikliklərini ölçmək üçün tətbiq oluna bilər. Bu, həmçinin çipdə yer tutan birdən çox temperatur sensoruna ehtiyacı aradan qaldıracaq.

Fizika kafedrasının bakalavr tələbəsi və yeni hesablama paradiqması haqqında məqalənin aparıcı müəllifi Kaio Silva deyir: “Əksər hallarda elektron cihazda hesablamalar apararkən istilik tullantı məhsulu olur. Çox vaxt mümkün qədər çox istilikdən qurtulmaq istəyirsiniz. Lakin burada biz istiliyi informasiyanın özü kimi istifadə edərək və istiliklə hesablamanın mümkün olduğunu göstərərək əks yanaşma tətbiq etdik”.

Silvaya məqalə üzərində MIT-in Əsgər Nanotexnologiyaları İnstitutunun tədqiqatçı alimi və MIT-IBM Watson Süni İntellekt Laboratoriyasının üzvü, baş müəllif Cüzeppe Romano qoşulur.

İstiliyi artırmaq

Bu iş tədqiqatçıların əvvəllər hazırladıqları və istiliyi müəyyən bir şəkildə keçirə bilən bir materialı avtomatik olaraq dizayn etməyə imkan verən bir proqram sistemi sayəsində mümkün olmuşdur .

Tərs dizayn adlanan bir texnikadan istifadə edən bu sistem ənənəvi mühəndislik yanaşmasını tamamilə dəyişdirir. Tədqiqatçılar əvvəlcə istədikləri funksionallığı müəyyən edirlər, sonra sistem tapşırıq üçün ən yaxşı həndəsəni təkrarlanan şəkildə dizayn etmək üçün güclü alqoritmlərdən istifadə edir.

Onlar bu sistemdən istilik keçiriciliyindən istifadə edərək hesablamalar apara bilən, hər biri təxminən toz hissəciyi ilə eyni ölçüdə olan mürəkkəb silikon strukturları dizayn etmək üçün istifadə etdilər. Bu, məlumatların kodlandığı və siqnalların 0 və ya 1 olan rəqəmsal bitlər əvəzinə davamlı dəyərlər istifadə edilərək işləndiyi analoq hesablama formasıdır.

Tədqiqatçılar proqram sistemlərinə müəyyən bir hesablamanı təmsil edən ədədlər matrisinin spesifikasiyalarını daxil edirlər. Sistem, bir şəbəkədən istifadə edərək, kiçik məsamələrlə doldurulmuş düzbucaqlı silikon strukturlar dəstini dizayn edir. Sistem, istənilən riyazi funksiyaya çatana qədər şəbəkədəki hər pikseli davamlı olaraq tənzimləyir.

İstilik, matris vurma əməliyyatını yerinə yetirən şəkildə silisiumdan keçir və strukturun həndəsəsi əmsalları kodlayır.Oyna

00:00

00:50SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

“Bu strukturlar bizim üçün yalnız öz intuisiyamızla ortaya çıxara bilməyəcəyimiz qədər mürəkkəbdir. Onları bizim üçün dizayn etməyi kompüterə öyrətməliyik. Tərs dizaynı çox güclü bir texnikaya çevirən də budur”, – deyə Romano bildirir.

Lakin tədqiqatçılar bir problemlə qarşılaşdılar. İstiliyin isti bölgələrdən soyuq bölgələrə keçdiyini bildirən istilik keçirmə qanunlarına görə, bu strukturlar yalnız müsbət əmsalları kodlaya bilir.

Onlar hədəf matrisini müsbət və mənfi komponentlərə bölməklə və onları müsbət girişləri kodlayan ayrıca optimallaşdırılmış silikon strukturları ilə təmsil etməklə bu problemi həll etdilər. Sonrakı mərhələdə çıxışları çıxmaq onlara mənfi matris dəyərlərini hesablamağa imkan verir.

Onlar həmçinin strukturların qalınlığını tənzimləyə bilərlər ki, bu da daha çox müxtəlif matrislər yaratmağa imkan verir. Daha qalın strukturlar daha yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir.

Silva izah edir ki, “Verilən bir matris üçün düzgün topologiyanı tapmaq çətindir. Biz bu problemi inkişaf etdirilən topologiyanın istənilən matrisə mümkün qədər yaxın olmasını təmin edən bir optimallaşdırma alqoritmi hazırlayaraq həll edirik,” deyə Silva izah edir.

Mikroelektronika tətbiqləri

Tədqiqatçılar iki və ya üç sütunlu sadə matrislər üzərində strukturları sınaqdan keçirmək üçün simulyasiyalardan istifadə etdilər. Sadə olsalar da, bu kiçik matrislər mikroelektronikada birləşmə sensoru və diaqnostika kimi vacib tətbiqlər üçün aktualdır.

Strukturlar bir çox hallarda hesablamaları 99%-dən çox dəqiqliklə aparıblar.

Lakin, bu texnikanın dərin öyrənmə kimi genişmiqyaslı tətbiqlərdə istifadə edilməsinə qədər hələ uzun bir yol var, çünki milyonlarla strukturun bir-birinə yapışdırılması lazım gələcək. Matrislər daha mürəkkəbləşdikcə, strukturlar, xüsusən də giriş və çıxış terminalları arasında böyük məsafə olduqda, daha az dəqiq olur. Bundan əlavə, cihazların məhdud bant genişliyi var və əgər dərin öyrənmə üçün istifadə edilsəydi, bu genişlik çox genişləndirilməli olardı.

Lakin strukturlar artıq istiliyə əsaslandığı üçün, onlar birbaşa istilik idarəetməsi, eləcə də mikroelektronikada istilik mənbəyi və ya temperatur qradiyentinin aşkarlanması kimi tapşırıqlar üçün tətbiq oluna bilər.

“Bu məlumat çox vacibdir. Temperatur qradiyentləri istilik genişlənməsinə səbəb ola bilər və dövrəyə zərər verə bilər və ya hətta bütün cihazın sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. Əgər istilik mənbəyi istəmədiyimiz lokal istilik mənbəyimiz varsa, bu, problemimiz olduğunu göstərir. Bu strukturlarla bu cür istilik mənbələrini birbaşa aşkarlaya və heç bir rəqəmsal komponentə ehtiyac olmadan onları sadəcə qoşa bilərik”, – deyə Romano bildirir.

Tədqiqatçılar bu konsepsiyanın sübutuna əsaslanaraq, ardıcıl əməliyyatlar yerinə yetirə bilən, bir strukturun çıxışının digəri üçün girişə çevrildiyi strukturlar hazırlamaq istəyirlər. Maşın öyrənmə modelləri hesablamaları belə yerinə yetirir. Onlar həmçinin proqramlaşdırıla bilən strukturlar hazırlamağı planlaşdırırlar ki, bu da hər dəfə yeni bir strukturla sıfırdan başlamadan fərqli matrisləri kodlaşdırmağa imkan verir.

Daha çox məlumat: Caio Silva və digərləri, Termal analoq hesablama: Tərs dizaynlı metastrukturlarla matris-vektor vurmaya tətbiq, Fiziki İcmal Tətbiqi (2025). DOI: 10.1103/5drp-hrx1 . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2503.22603

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal Tətbiqi , arXiv

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir