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在算力需求呈指數(shù)級增長的2025年，數(shù)據(jù)中心能耗與散熱問題已成為制約人工智能與高性能計算發(fā)展的核心瓶頸。英國初創(chuàng)公司Vaire Computing今日宣布，其研發(fā)的全球首款“可逆計算”芯片“冰河”（Ice River）已進入實測階段，通過重構(gòu)芯片能量循環(huán)機制，實現(xiàn)計算能耗的重復(fù)利用，在相同任務(wù)下較傳統(tǒng)芯片節(jié)能達30%。這一突破標(biāo)志著計算技術(shù)從“能量消耗”向“能量循環(huán)”的范式轉(zhuǎn)變。 能量循環(huán)：從理論到硬件的跨越 傳統(tǒng)芯片依賴不可逆的邏輯運算，計算過程中原始數(shù)據(jù)被擦除時產(chǎn)生的能量以熱能形式耗散，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心每年因散熱消耗的水資源相當(dāng)于填滿20萬個標(biāo)準(zhǔn)游泳池，電力成本占運營總支出的40%以上。而“冰河”芯片通過兩大核心技術(shù)破解這一難題： 可逆邏輯架構(gòu)：芯片支持“逆運算”，可在完成計算后完整恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，避免信息擦除帶來的能量損失。這一設(shè)計源于20世紀(jì)60年代提出的可逆計算理論，但此前僅停留于數(shù)學(xué)仿真階段。Vaire團隊將分子編程中的可逆鍵邏輯（RBL）應(yīng)用于硅基芯片，使每個晶體管在運算時保留狀態(tài)信息，形成能量閉環(huán)。 絕熱電壓調(diào)控：傳統(tǒng)芯片通過電壓瞬變（如0到1的脈沖跳變）表示數(shù)據(jù)，能量以熱形式快速耗散�！氨印毙酒瑒t采用“鐘擺式”電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，使電位在電路中平緩循環(huán)，如同鐘擺擺動般將部分能量回傳至電源系統(tǒng)。集成于芯片內(nèi)部的電源管理單元（PMU）可實時捕捉并再利用這些能量，形成“計算-回收-再計算”的循環(huán)鏈。 實測數(shù)據(jù)：30%能耗削減的產(chǎn)業(yè)價值 在模擬AI訓(xùn)練任務(wù)的測試中，“冰河”芯片在處理百億參數(shù)級大模型時，單位算力能耗較英偉達H100 GPU降低28%，較最新Blackwell架構(gòu)GPU降低22%。若應(yīng)用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，單座百萬服務(wù)器設(shè)施年節(jié)電量可達12億千瓦時，相當(dāng)于減少80萬噸二氧化碳排放。 “這不僅是技術(shù)突破，更是計算產(chǎn)業(yè)的能源革命�！盫aire Computing首席執(zhí)行官Rodolfo Rosini指出，“當(dāng)全球AI算力需求每百天翻一倍時，‘冰河’芯片提供的能量循環(huán)能力將成為維持技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。” 技術(shù)溯源：從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)的十年深耕 Vaire Computing的研發(fā)可追溯至2021年劍橋大學(xué)可逆計算實驗室的成立。首席技術(shù)官Hannah Earley將分子生物學(xué)中的狀態(tài)保持機制引入芯片設(shè)計，其2023年發(fā)表于《自然·電子》的論文首次驗證了硅基可逆邏輯的物理可行性。2024年，公司獲得Ginkgo Bioworks創(chuàng)始人Tom Knight等投資者的450萬美元種子輪融資，加速技術(shù)落地。 “傳統(tǒng)芯片的能量利用效率不足5%，而‘冰河’芯片通過可逆與絕熱計算的協(xié)同，將這一數(shù)值提升至35%以上�！甭槭±砉W(xué)院量子計算中心主任在評價中指出，“這相當(dāng)于為每個數(shù)據(jù)中心配備了一座微型核電站的能量回收系統(tǒng)。” 產(chǎn)業(yè)影響：重構(gòu)AI基礎(chǔ)設(shè)施的競爭格局 據(jù)IDC預(yù)測，全球AI算力市場將在2029年突破萬億美元規(guī)模，但能耗問題正成為技術(shù)擴張的“阿喀琉斯之踵”。Vaire Computing計劃在2026年前推出商用版芯片，首批客戶涵蓋云計算巨頭與AI實驗室。 “當(dāng)行業(yè)還在通過液冷技術(shù)‘被動散熱’時，Vaire已經(jīng)從‘能量產(chǎn)生’的源頭解決問題�！蹦吵笠�(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商技術(shù)總監(jiān)表示，“如果‘冰河’芯片的實測數(shù)據(jù)得以驗證，它將重新定義芯片的性能評估標(biāo)準(zhǔn)——從每瓦算力轉(zhuǎn)向每焦耳循環(huán)利用率。” 目前，Vaire Computing正與歐洲核子研究中心（CERN）合作，探索將可逆計算技術(shù)應(yīng)用于量子芯片開發(fā)。隨著全球首座“零能耗數(shù)據(jù)中心”試點項目的啟動，這場由英國初創(chuàng)公司引領(lǐng)的能源革命，或?qū)⒅厮苋祟惻c計算能量的關(guān)系。 |
