На протяжении всей истории компьютерных чипов инженеры рассматривали отработанное тепло как неизбежную плату за вычисления. Однако Ханна Эрли считает, что это вопрос дизайна. Эрли, 31 год, — соучредитель и технический директор Vaire Computing, стартапа, разрабатывающего чипы, которые перерабатывают энергию, обычно теряемую в виде тепла. Эта стратегия известна как обратимые вычисления. В конечном итоге, по её мнению, такой подход может помочь сделать центры обработки данных (а также наши ноутбуки и телефоны) гораздо более энергоэффективными.
Когда обычные компьютерные чипы выполняют вычисления, они стирают ненужную информацию, рассеивая при этом энергию в виде тепла. Эрли сравнивает этот подход с гонкой по городу, где приходится тормозить на каждом перекрестке: автомобиль теряет импульс и должен сжигать больше топлива, чтобы снова разогнаться. Обратимые вычисления призваны поддерживать импульс — вместо стирания информации из промежуточных шагов вычисления схема сохраняет её, что позволяет выполнять вычисления в обратном порядке и восстанавливать часть энергии.
Хотя эта идея была впервые предложена более 50 лет назад, её оказалось непрактично реализовать с помощью существующих транзисторов и схем. Эрли, однако, полностью переосмыслила аппаратное обеспечение, необходимое для восстановления энергии. Она разработала запатентованный тип резонатора — микроскопический компонент чипа, который накапливает восстановленную энергию для последующего повторного использования. «Это, по сути, прославленный маятник», — говорит она. В прошлом году Vaire объявила о ключевом прорыве: чипе с резонатором, который восстановил больше энергии, чем потерял, даже с учетом энергии, необходимой для питания компонента. Для подобласти, существовавшей в основном в теории, этот результат стал доказательством жизнеспособности.
«Очевидно, у них есть что-то интересное», — говорит Игорь Марков, исследователь в области автоматизации электронного проектирования и бывший профессор Мичиганского университета в Анн-Арборе. Тем не менее, по его словам, технология находится на очень ранней стадии; компании потребуется «серия все более реалистичных и убедительных демонстраций, чтобы привлечь отраслевую поддержку, необходимую для коммерциализации».
Она постепенно убедилась, что связь между информацией, энергией и теплом может навсегда изменить компьютеры.
Путь Эрли в разработку чипов начался раньше, чем у большинства. Она начала программировать примерно в девять лет, начав с высокоуровневого веб-кодирования, прежде чем перейти к другим языкам программирования, таким как Perl и Java. Она продолжала двигаться ко все более абстрактным уровням вычислений, пока не добралась до самых транзисторов.
В конце концов она поступила в аспирантуру Кембриджского университета под руководством биоинформатика Госа Миклема. Она начала изучать, как такие материалы, как ДНК, могут быть использованы для выполнения вычислений, но через несколько месяцев Миклем прислал ей диссертацию Майкла Франка 1999 года, пионера в области обратимых вычислений. Эрли прочитала её один раз, отнеслась скептически, прочитала второй раз и обдумывала её несколько недель. Она постепенно убедилась, что связь между информацией, энергией и теплом может навсегда изменить компьютеры.
Это увлечение полностью изменило направление её кандидатской работы. Эрли изучала физические пределы вычислений и создала программное обеспечение, которое могло превращать обычные программы в обратимые. «В конце концов я не позволял ей ставить мое имя ни на одну из своих статей, потому что чувствовал, что не смогу должным образом выступить с докладом о них», — вспоминает Миклем. «Это было её дело».
После получения степени в 2021 году Эрли познакомилась с Родольфо Росини, технологическим предпринимателем и инвестором. В том же году пара основала Vaire, и с тех пор компания привлекла более 12 миллионов долларов, наняла Франка в качестве старшего научного сотрудника и начала воплощать видение обратимых вычислений в реальное аппаратное обеспечение.
Однако инновации не происходят в одночасье. Зимой 2022 года в Гриннелле, штат Айова, Эрли провела недели в квартире своей тогдашней жены в подвале, когда температура снаружи достигала примерно −40 °F, снова и снова покрывая доску схемами основного элемента схемы, необходимого для работы обратимой логики. К тому времени, когда дизайн наконец был завершен, после того как пара сбежала от холода в Лас-Вегас, это ощущалось не как момент озарения, а скорее как постепенная волна облегчения. «Я не совсем потеряна», — вспоминает она свои ощущения.
Следующая задача Эрли и её коллег — вписать их радикально отличающийся чип в привычные устройства и производственные системы. Она считает, что именно в этом будущее — не в дальнейшем совершенствовании существующих чипов, а в их перестройке с нуля с учетом обратимости. «Я хочу заняться каждой частью того, как строятся компьютеры, и переосмыслить это с этих позиций», — говорит Эрли.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Eshan Raul
