في إنجاز هندسي غير مسبوق، تمكن فريق من العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) من تصميم شريحة حاسوبية ثورية تعتمد في تشغيلها على الطاقة الحرارية بدلاً من التيار الكهربائي التقليدي. تهدف هذه التقنية إلى تنفيذ العمليات الحسابية المعقدة، وتحديداً عمليات ضرب المصفوفات التي تمثل العمود الفقري لنماذج **الذكاء الاصطناعي** والشبكات العصبية الحديثة، مما يفتح آفاقاً جديدة لحل معضلة استهلاك الطاقة في العصر الرقمي.
- ✅ استغلال النفايات الحرارية الناتجة عن الأجهزة الإلكترونية وتحويلها إلى مورد للحوسبة.
- ✅ تحقيق دقة حسابية مذهلة تتجاوز 99% في معالجة العمليات الرياضية للمصفوفات.
- ✅ تقليل الاعتماد على الطاقة الكهربائية بشكل جذري في مراكز البيانات الضخمة.
- ✅ تعزيز قدرات الحوسبة التناظرية لمواكبة متطلبات النماذج اللغوية الكبيرة.
ملخص الابتكار: نجحت MIT في تحويل "الحرارة المهدورة" من عبء تقني يتطلب التبريد إلى وقود حيوي يدير عمليات الذكاء الاصطناعي المعقدة بدقة متناهية، مما يبشر بجيل جديد من الأجهزة الصديقة للبيئة والأعلى كفاءة.
آلية عمل الشريحة الحرارية وكيفية تحويل الحرارة إلى بيانات
تعتمد هذه الشريحة على مبدأ فيزيائي فريد يقوم بتشفير البيانات المدخلة في صورة موجات حرارية متفاوتة الدرجات. بدلاً من مرور الإلكترونات عبر الدوائر، تمر هذه الموجات الحرارية عبر مسارات دقيقة محفورة داخل مادة السيليكون، تم تصميم هندستها بعناية فائقة لتنفيذ مهام رياضية محددة. ومع تفاعل الحرارة مع بنية المادة، تخرج في النهاية قيم حرارية مقاسة تمثل النتيجة الدقيقة للعملية الحسابية المطلوبة، وهو ما يعزز من **كفاءة الطاقة بشكل غير مسبوق.
للوصول إلى هذا المستوى من الدقة، استعمل الباحثون منهجية "التصميم العكسي". في هذه الطريقة، يتم تحديد النتيجة الرياضية المستهدفة أولاً، ثم تتولى خوارزمية متطورة مهمة هندسة الشريحة من الداخل وتوزيع المسام الدقيقة داخل هياكل السيليكون. هذا التوزيع المحكم يضمن أن انتشار الحرارة داخل الشريحة يطابق تماماً الدالة الرياضية المراد حلها، مما يجعل الهيكل المادي للشريحة هو نفسه "الكود البرمجي" الذي ينفذ العملية.
يندرج هذا الابتكار تحت فئة "الحوسبة التناظرية"، حيث يتم التعامل مع البيانات كتدفق مستمر للطاقة وليس كمجرد أرقام ثنائية (صفر وواحد). وعلى الرغم من التحديات التقنية التي واجهت الفريق في إيجاد التشكيل الهندسي المثالي لكل مصفوفة، إلا أنهم طوروا خوارزمية تحسين تضمن تطابق الطوبولوجيا الهندسية مع المصفوفة المطلوبة بأعلى قدر من الدقة وبأقل قدر من التشوهات.
 |
| باحثون في MIT يطورون شريحة سيليكون تعمل بالحرارة بدلاً من الكهرباء |
وعلى الرغم من النجاح الباهر في المحاكاة والاختبارات الأولية على مصفوفات صغيرة، إلا أن الباحثين يقرون بأن تعميم هذه التقنية على نماذج التعلم العميق الضخمة يتطلب المزيد من العمل. فالتوسع يحتاج إلى دمج ملايين الهياكل الحرارية معاً، مع الحفاظ على مستوى الدقة وتوسيع نطاق التردد ليتناسب مع سرعات المعالجة الهائلة التي تتطلبها تقنيات الذكاء الاصطناعي الحالية.
كيف تختلف هذه الشريحة الحرارية عن المعالجات التقليدية التي نستخدمها اليوم؟
المعالجات التقليدية تعتمد على حركة الإلكترونات (الكهرباء) وتولد حرارة كناتج ثانوي مزعج يجب التخلص منه، بينما شريحة MIT تستخدم الحرارة نفسها كوسيلة لنقل البيانات وإجراء الحسابات، مما يجعلها أكثر استدامة وتوفيراً للطاقة.
ما هي نسبة الدقة التي حققتها هذه الشريحة في العمليات الحسابية؟
أظهرت التجارب المخبرية أن الشريحة قادرة على تنفيذ عمليات ضرب المصفوفات المعقدة بدقة مذهلة تتجاوز 99%، وهي دقة كافية جداً لتشغيل معظم تطبيقات الذكاء الاصطناعي الحالية.
ما هي المجالات التي يمكن أن تستفيد فوراً من هذه التقنية؟
يمكن استخدامها حالياً في مجالات استشعار الاندماج النووي، وتشخيص الأعطال الدقيقة في الإلكترونيات، بالإضافة إلى الأنظمة التي تتطلب معالجة بيانات في بيئات ذات حرارة عالية.
هل يمكننا رؤية هذه الشريحة في هواتفنا الذكية قريباً؟
لا يزال الطريق طويلاً أمام التطبيق التجاري الواسع؛ حيث يحتاج الباحثون إلى حل مشكلات تتعلق بتوسيع نطاق الشريحة لتضم ملايين الوحدات الحسابية، ورفع سرعة ترددها لتواكب متطلبات أنظمة التشغيل الحديثة.
🔎 يمثل هذا الابتكار من معهد MIT تحولاً جذرياً في فلسفة التصميم الحاسوبي، حيث لم يعد الهدف هو تقليل الحرارة فحسب، بل استئناسها وتحويلها إلى أداة ذكية. إن النجاح في دمج هذه التقنية مع الأنظمة الحالية قد يعني نهاية عصر استهلاك الطاقة المفرط في مراكز البيانات، وبداية عصر جديد من الحوسبة الخضراء التي تتناغم مع القوانين الفيزيائية للطبيعة بدلاً من مقاومتها.
قم بالتعليق على الموضوع