回收芯片废热：Vaire让计算更节能

驱动中国9月9日消息，在计算机芯片的发展史上，废热一直被视为计算不可避免的代价。然而，31岁的创业者Hannah Earley却认为，这其实是一种设计选择。她所创办的Vaire Computing公司，正在打造一种能够回收通常以热量形式浪费的能量的芯片——这一策略被称为“可逆计算”。她相信，这一方法最终有望让数据中心、笔记本电脑和手机变得更加节能高效。

据外媒报道，传统计算机芯片在执行计算时，会沿途擦除不再需要的信息，并在此过程中以热量的形式耗散能量。Earley将这种做法比作在城市中疾驰却要在每个路口猛踩刹车：汽车失去动量，必须燃烧更多燃料才能再次加速。而可逆计算的目标是保持动量——电路不是擦除计算中间步骤的信息，而是将其保留下来，从而可以反向运行计算并回收部分能量。

尽管可逆计算的概念在50多年前就已提出，但用现有的晶体管和电路来实现它一直不切实际。Earley则彻底重新思考了实现能量回收所需的硬件。她设计了一种正在申请专利的谐振器——一种微小的芯片组件，用于储存回收的能量以供后续复用。“它实际上就是一个被美化的钟摆，”她如此形容。

去年，Vaire宣布了一项关键突破：一款搭载谐振器的芯片，在计入驱动组件所需的能量后，回收的能量仍超过了损失的能量。对于一个长期停留在理论层面的细分领域而言，这一成果堪称“生命存在的证明”。电子设计自动化研究者、密歇根大学安娜堡分校前教授Igor Markov评价道：“很明显，他们做出了有意思的东西。”不过他也指出，这项技术仍处于相当早期的阶段，公司需要“一系列越来越真实、越来越有说服力的演示，才能吸引产业界的支持，推动商业化进程”。

Earley踏入芯片设计领域的起点比大多数人更早。她大约九岁就开始编程，从网页高级编码入手，随后深入Perl和Java等编程语言。她不断向更抽象的计算层级推进，最终一路深入到晶体管层面。后来，她在剑桥大学攻读博士学位，师从计算生物学家Gos Micklem。起初她研究DNA等材料如何用于计算，但几个月后，Micklem将可逆计算先驱Michael Frank 1999年的博士论文发给了她。Earley读了一遍，心存怀疑，又读了一遍，沉思数周后，她逐渐确信，信息、能量与热量之间的联系可能永远改变计算机。

这一发现彻底改变了她的博士研究方向。Earley研究计算的物理极限，并开发了能将普通程序转化为可逆程序的软件。“后来我甚至不让她在我的论文上署名，因为我觉得自己无法就这些内容站上台做一场像样的报告，”Micklem回忆道，“那是她自己的成果。”

2021年完成学位后，Earley结识了科技企业家兼投资人Rodolfo Rosini。两人同年共同创立了Vaire，公司迄今已筹集超过1200万美元，聘请Frank担任资深科学家，并开始将可逆计算的愿景转化为真实硬件。然而，创新并非一蹴而就。2022年冬天，在爱荷华州格林内尔，Vaire团队仍在为技术难题而绞尽脑汁——但Earley坚信，随着全球对算力需求的爆炸式增长，数据中心的能耗问题日益严峻，可逆计算有望成为下一代芯片设计的重要方向，为整个行业带来深远影响。