科學家團隊提出了一種名為“熱力學計算”的全新計算模式，理論上可將人工智能圖像生成所需的能耗大幅削減至現(xiàn)有水平的百億分之一。這項突破性研究由勞倫斯伯克利國家實驗室主導(dǎo)，其核心原理是通過利用物理系統(tǒng)的自然熱運動完成計算，而非傳統(tǒng)數(shù)字芯片依賴的晶體管開關(guān)操作。

傳統(tǒng)計算機通過晶體管的“開/關(guān)”狀態(tài)表示二進制數(shù)據(jù)，這種模式需要持續(xù)消耗電能維持運算狀態(tài)。研究團隊提出的熱力學計算則借鑒了自然界的能量流動規(guī)律，通過設(shè)計特定的物理系統(tǒng)，讓其在熱平衡過程中自動呈現(xiàn)最優(yōu)解?？茖W家形象地比喻道：“這就像引導(dǎo)水流自然匯入低洼處，而非用泵強行改變水流方向?！?/p>

主導(dǎo)該研究的斯蒂芬·懷特蘭姆博士與科內(nèi)爾·卡塞特博士在《自然-通訊》期刊發(fā)表的論文中，首次提出了構(gòu)建“熱力學神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的理論框架。他們隨后在《物理評論快報》發(fā)表的補充研究中，通過傳統(tǒng)計算機模擬驗證了這種新型計算架構(gòu)的可行性。研究指出，數(shù)字芯片需要額外能量制造偽隨機噪聲，而熱力學系統(tǒng)可直接利用環(huán)境中的自然熱波動作為計算資源。

紐約初創(chuàng)企業(yè)Normal Computing已率先開展硬件實踐，開發(fā)出包含八個諧振器的原型芯片。該系統(tǒng)通過特制耦合器連接諧振器，在計算過程中主動引入環(huán)境噪聲，待系統(tǒng)自然達到熱平衡狀態(tài)后，諧振器的最終配置即代表計算結(jié)果。這種設(shè)計從根本上消除了模擬噪聲所需的能源消耗，為低功耗計算提供了全新路徑。

盡管實驗原型已驗證理論可行性，研究人員坦言當前技術(shù)仍處于萌芽階段?，F(xiàn)有設(shè)備在計算規(guī)模、穩(wěn)定性和處理速度上，與英偉達GPU集群等成熟數(shù)字系統(tǒng)存在巨大差距。要實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，需要在材料科學和芯片架構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域取得突破性進展，特別是要解決如何精確控制物理系統(tǒng)熱運動的關(guān)鍵難題。