Создан первый в мире чип с «обратимыми вычислениями» для повторного использования энергии

В условиях взрывного роста спроса на вычислительные мощности проблемы энергопотребления и теплоотдачи в дата-центрах становятся всё более острыми. Однако новый прорыв от британской исследовательской команды — экспериментальный чип под названием «Ice River» («Ледяная река»), — может предложить новое решение этой задачи.

В отличие от традиционных чипов, которые преобразуют большую часть электроэнергии в отработанное тепло, чип «Ice River» способен утилизировать и повторно использовать часть энергии, затрачиваемой на вычисления, что значительно повышает энергоэффективность. В ходе испытаний новый чип показал экономию энергии около 30% по сравнению с обычными чипами, выполняющими те же задачи.

Сегодня тепло, выделяемое при работе чипов — от смартфонов и ноутбуков до крупных дата-центров, — стало ключевым фактором, ограничивающим производительность и энергоэффективность. Особенно в сценариях высокопроизводительных вычислений, таких как ИИ, ресурсы, затрачиваемые на охлаждение (вода и электричество), стремительно растут, увеличивая эксплуатационные расходы и нагрузку на окружающую среду.

Чип «Ice River» был разработан британским стартапом Vaire Computing. Его энергоэффективность основана на двух фундаментальных инновациях в проектировании:

Во-первых, используется архитектура «обратимой логики». Традиционные чипы в процессе вычислений стирают исходные данные, и сама эта операция генерирует тепло. Чип «Ice River» поддерживает «обратные вычисления», позволяя восстанавливать исходную информацию после завершения расчётов, тем самым избегая потерь энергии, связанных со стиранием данных.

Во-вторых, внедрён механизм «адиабатических вычислений». Традиционные чипы полагаются на мгновенные скачки напряжения для представления 1 и 0, в результате чего энергия быстро рассеивается в виде тепла. Чип «Ice River» обеспечивает плавное изменение напряжения, подобное движению маятника, позволяя энергии циркулировать в цепи ритмично, так что часть энергии может быть восстановлена для последующих операций. Ключевой блок управления питанием, обеспечивающий эту функцию, интегрирован непосредственно в чип.

Теоретические основы обратимых и адиабатических вычислений появились ещё в 1960-х годах, а в 1990-х годах в таких учреждениях, как Массачусетский технологический институт, были проведены первые эксперименты. Чип «Ice River» считается первым успешным примером интеграции этих двух технологий в реальное аппаратное обеспечение, что знаменует собой ключевой шаг от теоретического моделирования к аппаратной практике в области вычислений с рекуперацией энергии.