Thermodynamic computing system for AI applications

计算机科学 计算生物学 生物
作者
Denis Melanson,Mohammad Abu Khater,Maxwell Aifer,Kaelan Donatella,Max Hunter Gordon,Thomas D. Ahle,Gavin E. Crooks,Antonio Martinez,Faris M. Sbahi,Patrick J. Coles
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-59011-x
摘要

Recent breakthroughs in artificial intelligence (AI) algorithms have highlighted the need for alternative computing hardware in order to truly unlock the potential for AI. Physics-based hardware, such as thermodynamic computing, has the potential to provide a fast, low-power means to accelerate AI primitives, especially generative AI and probabilistic AI. In this work, we present a small-scale thermodynamic computer, which we call the stochastic processing unit. This device is composed of RLC circuits, as unit cells, on a printed circuit board, with 8 unit cells that are all-to-all coupled via switched capacitances. It can be used for either sampling or linear algebra primitives, and we demonstrate Gaussian sampling and matrix inversion on our hardware. The latter represents a thermodynamic linear algebra experiment. We envision that this hardware, when scaled up in size, will have significant impact on accelerating various probabilistic AI applications.
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