Vaire Computing разрабатывает чипы, возвращающие потраченную энергию

Ханна Эрли, 31 год, сооснователь и технический директор стартапа Vaire Computing, разрабатывает компьютерные чипы, которые не рассеивают энергию впустую, а возвращают её в оборот, подход, известный как обратимые вычисления. Обычные чипы при вычислениях стирают промежуточные данные, которые больше не нужны, и эта операция рассеивает энергию в виде тепла. Эрли сравнивает это с ездой по городу, где приходится тормозить на каждом перекрёстке: машина теряет скорость и тратит больше топлива, чтобы разогнаться снова. Обратимые вычисления сохраняют «инерцию», схема не стирает промежуточные данные, а хранит их, и это позволяет прогнать вычисление в обратном направлении и вернуть часть энергии.

Идею предложили более 50 лет назад, но реализовать её на существующих транзисторах и схемах не получалось. Эрли пересмотрела архитектуру аппаратной части и спроектировала патентуемый резонатор, микроскопический компонент чипа, который накапливает восстановленную энергию для повторного использования; сама она называет его «облагороженным маятником». В прошлом году Vaire объявила о ключевом прорыве: чип с резонатором вернул больше энергии, чем потратил, даже с учётом энергии, нужной для питания самого компонента. Точная цифра выигрыша в тексте не приводится, но для направления, которое до этого существовало в основном в теории, это стало заметным практическим шагом вперёд.

Игорь Марков, исследователь в области автоматизации проектирования электроники и бывший профессор Мичиганского университета в Анн-Арборе, не связанный с компанией, признаёт: «Понятно, что у них есть что-то интересное». При этом он подчёркивает, что технология находится на очень раннем этапе и компании понадобится «серия всё более реалистичных и убедительных демонстраций, чтобы привлечь поддержку индустрии, необходимую для коммерциализации».

Путь Эрли к разработке чипов начался рано: программировать она начала примерно в девять лет, сперва с веб-разработки, затем перешла к Perl и Java и постепенно спускалась на всё более низкие уровни, вплоть до транзисторов. В аспирантуре Кембриджского университета под руководством вычислительного биолога Госа Миклема она сначала изучала, как вычисления можно выполнять на материалах вроде ДНК, но через несколько месяцев Миклем прислал ей диссертацию 1999 года Майкла Фрэнка, одного из пионеров обратимых вычислений. Прочитав её дважды и обдумав несколько недель, Эрли убедилась, что связь между информацией, энергией и теплом может изменить компьютеры навсегда, и это полностью переориентировало её работу над диссертацией: она изучала физические пределы вычислений и написала программу, превращающую обычный код в обратимый. «В какой-то момент она уже не разрешала мне указывать своё имя в её статьях, я чувствовал, что не смог бы толком выступить с докладом по ним, вспоминает Миклем., Это была её работа».

Закончив аспирантуру в 2021 году, Эрли познакомилась с технологическим предпринимателем и инвестором Родольфо Розини, и в том же году они вместе основали Vaire Computing. С тех пор компания привлекла более $12 млн, наняла Майкла Фрэнка на должность старшего научного сотрудника и начала превращать идею обратимых вычислений в реальное железо. Работа шла не гладко: зимой 2022 года в Гриннелле, штат Айова, Эрли неделями расчерчивала на доске схему ключевого узла обратимой логики в подвальной квартире, пока на улице ощущалась температура около −40 °F. Когда пара уже перебралась от холода в Лас-Вегас, схема наконец сложилась, Эрли вспоминает это не как внезапное озарение, а как постепенное облегчение: «Я не совсем не в теме».

Следующая задача Эрли и её коллег, вписать принципиально иной чип в привычные устройства и производственные процессы. Она уверена, что будущее не в доработке существующих чипов, а в их пересборке с нуля с расчётом на обратимость: «Я хочу взяться за каждую часть того, как строятся компьютеры, и переосмыслить её в этих терминах».

Ключевые факты

Ханна Эрли (31 год), сооснователь и технический директор стартапа Vaire Computing, строит чипы на «обратимых вычислениях», они не стирают промежуточные данные, а сохраняют их, чтобы вернуть часть энергии вместо рассеивания в тепло.
Идею предложили более 50 лет назад, но реализовать её на существующих транзисторах не удавалось; Эрли спроектировала патентуемый резонатор, компонент чипа, накапливающий восстановленную энергию.
В прошлом году Vaire объявила о прорыве: чип с резонатором вернул больше энергии, чем потратил, даже с учётом затрат на питание самого компонента; точная цифра выигрыша не раскрыта.
Независимый эксперт Игорь Марков (Мичиганский университет) называет результат интересным, но подчёркивает, что технология на очень раннем этапе и нуждается в серии более убедительных демонстраций.
Vaire Computing, основанная Эрли и Родольфо Розини в 2021 году, привлекла более $12 млн и наняла Майкла Фрэнка, автора диссертации 1999 года по обратимым вычислениям, старшим научным сотрудником.

Почему это важно

Рассеивание энергии в виде тепла при стирании промежуточных данных, фундаментальное свойство того, как устроены современные чипы, а не мелкий инженерный недочёт. Обратимые вычисления, теория полувековой давности, получили практическое, пусть и раннее, подтверждение: чип с резонатором Vaire вернул больше энергии, чем потратил. Для подхода, который до этого существовал почти исключительно на бумаге, это заметное практическое подтверждение, а не просто расчёты на бумаге.

Кому это важно

В первую очередь, индустрии чипов и всем, кто считает энергозатраты вычислений: дата-центрам, производителям процессоров, разработчикам ноутбуков и смартфонов. В тексте прямо говорится, что автор рассчитывает на снижение энергопотребления именно у этих категорий устройств. Косвенно тема касается и всех, кто следит за растущими энергозатратами ИИ-инфраструктуры, хотя сам материал про ИИ не говорит.

Как это применить

Практического применения пока нет: технология находится на стадии лабораторного прототипа, а не готового продукта. Источник не называет ни сроков выхода на рынок, ни конкретных партнёров по производству. Следующий шаг, о котором говорит сама Эрли, вписать принципиально иную архитектуру чипа в существующие устройства и производственные процессы, а не просто улучшать нынешние чипы.

Можно ли доверять

Материал, профиль издания MIT Technology Review, построенный на интервью с самой Эрли и её научным руководителем Госом Миклемом, с одной независимой оценкой, от Игоря Маркова, исследователя из области автоматизации проектирования электроники, не связанного с Vaire. Марков одновременно хвалит результат и прямо называет технологию ранней стадией, что снижает риск одностороннего пиара. При этом источник не приводит ни точной величины энергетического выигрыша, ни независимой проверки заявленного прорыва, эти цифры компания не раскрывает.

Риски и подводные камни

Ключевой риск, ранняя стадия: сам независимый эксперт говорит, что нужна ещё серия всё более убедительных демонстраций, прежде чем индустрия окажет реальную поддержку для коммерциализации. Величина энергетического выигрыша не раскрыта, сроков выхода в производство нет, а перенос архитектуры в массовые устройства и заводские процессы, отдельная и нерешённая задача, требующая перестройки чипов с нуля, а не косметических изменений.

«Понятно, что у них есть что-то интересное»

— Игорь Марков, исследователь в области автоматизации проектирования электроники, бывший профессор Мичиганского университета в Анн-Арборе