Tính toán bằng nhiệt – ý tưởng đảo ngược

• Dữ liệu đầu vào được mã hóa thành các mức nhiệt độ, sử dụng chính lượng nhiệt thải vốn có trong thiết bị.
• Quá trình khuếch tán nhiệt qua vật liệu được thiết kế đặc biệt sẽ thực hiện phép tính.
• Kết quả đầu ra được biểu diễn bằng công suất thu được tại đầu bên kia, nơi đặt một bộ điều nhiệt cố định.

Với cách tiếp cận này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện phép nhân ma trận – vector với độ chính xác hơn 99%. Đây là phép toán nền tảng trong các mô hình học máy, bao gồm cả LLM (Large Language Models).

Thiết kế ngược và cấu trúc silicon dạng hạt bụi

• Nhóm MIT sử dụng kỹ thuật thiết kế ngược (inverse design): xác định chức năng mong muốn trước, sau đó để phần mềm tự động tạo ra hình dạng vật liệu phù hợp.
• Các cấu trúc silicon được thiết kế có kích thước chỉ bằng hạt bụi, chứa vô số lỗ nhỏ, cho phép dẫn nhiệt theo cách thực hiện phép nhân ma trận.
• Do đặc tính nhiệt chỉ truyền từ nóng sang lạnh, cấu trúc chỉ mã hóa được hệ số dương. Để xử lý hệ số âm, nhóm chia ma trận thành hai phần (dương và âm), rồi trừ kết quả đầu ra.

Ngoài ra, bằng cách điều chỉnh độ dày của cấu trúc, họ có thể mở rộng phạm vi ma trận có thể tính toán.

Ứng dụng trong vi điện tử

• Các thử nghiệm mô phỏng trên ma trận nhỏ (2–3 cột) cho thấy độ chính xác vượt 99%.
• Dù chưa thể áp dụng cho mô hình học sâu quy mô lớn (cần hàng triệu cấu trúc ghép lại), công nghệ này có tiềm năng trong quản lý nhiệt và phát hiện nguồn nhiệt trong vi mạch.
• Việc phát hiện gradient nhiệt là cực kỳ quan trọng, bởi chúng có thể gây giãn nở nhiệt, phá hỏng mạch hoặc làm thiết bị hỏng hoàn toàn.

Hướng phát triển tiếp theo

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ:

• Thiết kế các cấu trúc có thể thực hiện chuỗi phép toán tuần tự, giống cách mô hình học máy xử lý dữ liệu.
• Phát triển cấu trúc có thể lập trình, cho phép mã hóa nhiều ma trận khác nhau mà không cần tạo mới từ đầu.

Công trình được công bố trên Physical Review Applied (2025) và có bản lưu trữ trên arXiv.