Эта основательница учит чипы повторно использовать собственную энергию

Источник: technologyreview.com

В истории компьютерных чипов лишнее тепло считалось неизбежной платой за вычисления. Эрли считает, что это следствие инженерных решений, а не обязательное свойство техники. Её компания Vaire Computing создаёт чипы, которые возвращают энергию, обычно рассеивающуюся в виде тепла. Такой подход называют обратимыми вычислениями.

Обычные чипы по ходу вычислений стирают информацию, которая больше не нужна, и при этом рассеивают энергию в виде тепла. Эрли сравнивает это с поездкой на машине по городу, где приходится тормозить на каждом перекрёстке: автомобиль теряет скорость, а затем снова расходует топливо на разгон. Обратимые вычисления позволяют сохранять этот «импульс»: схема удерживает данные промежуточных шагов, поэтому вычисление можно выполнить в обратном направлении и вернуть часть энергии.

Идею обратимых вычислений предложили более 50 лет назад, но существующие транзисторы и схемы не позволяли реализовать её на практике. Эрли заново разработала аппаратную часть, необходимую для возврата энергии. Она создала резонатор — микроскопический компонент чипа, который хранит возвращённую энергию для повторного использования. По словам Эрли, по сути это усложнённый маятник.

В прошлом году Vaire сообщила о важном результате: её чип с резонатором возвращал больше энергии, чем терял, даже после учёта энергии, необходимой для питания самого компонента. Для направления, которое долго существовало главным образом в теории, это стало подтверждением практической жизнеспособности.

Исследователь автоматизации проектирования электроники и бывший профессор Мичиганского университета в Анн-Арборе Игорь Марков считает, что у компании есть интересная разработка. При этом технология находится на ранней стадии: чтобы получить поддержку отрасли и перейти к коммерциализации, Vaire потребуется провести серию всё более реалистичных и убедительных демонстраций.

Постепенно Эрли пришла к выводу, что связь между информацией, энергией и теплом может навсегда изменить компьютеры.

От программирования к транзисторам

Эрли начала заниматься проектированием чипов раньше большинства специалистов. Программировать она стала примерно в девять лет: сначала осваивала программирование высокого уровня для веба, затем другие языки, включая Perl и Java. Постепенно она переходила к всё более абстрактным уровням вычислений, пока не дошла до транзисторов.

Позже Эрли поступила в докторантуру Кембриджского университета к вычислительному биологу Госсу Миклему. Сначала она исследовала, как материалы вроде ДНК можно использовать для вычислений. Через несколько месяцев Миклем отправил ей диссертацию Майкла Франка 1999 года — одной из первых работ по обратимым вычислениям.

Эрли прочитала диссертацию, отнеслась к идее скептически, перечитала её и несколько недель обдумывала содержание. Постепенно она убедилась, что связь между информацией, энергией и теплом способна навсегда изменить компьютеры.

Этот интерес полностью изменил направление её работы над диссертацией. Эрли изучала физические пределы вычислений и создала программу, которая превращает обычные программы в обратимые. Со временем Миклем перестал указывать своё имя в её работах: он считал, что не сможет самостоятельно выступить с полноценным докладом по их содержанию, поскольку это была разработка Эрли.

После защиты диссертации в 2021 году Эрли познакомилась с технологическим предпринимателем и инвестором Родольфо Росини. В том же году они основали Vaire. С тех пор компания:

От теории к чипу

Инновации не появляются за одну ночь. Зимой 2022 года в Гриннелле, штат Айова, Эрли несколько недель жила в подвальной квартире своей нынешней жены. За окном температура с учётом ветра опускалась примерно до −40 °F, а Эрли снова и снова заполняла белую доску схемами ключевого участка схемы, необходимого для работы обратимой логики.

Когда конструкция наконец сложилась — уже после того, как супруги уехали от холода в Лас-Вегас, — это было скорее постепенное облегчение, чем внезапное озарение. Эрли вспоминает, что тогда почувствовала: она всё-таки понимает происходящее и не взялась за задачу, которая ей не по силам.

Следующая задача Эрли и её коллег — встроить принципиально иной чип в привычные устройства и существующие производственные системы. Эрли считает, что будущее за полной переработкой компьютеров с учётом обратимости, а не за дальнейшим улучшением уже существующих чипов. Она хочет заново продумать каждый элемент устройства компьютеров с этой точки зрения.