സൂപ്പർകമ്പ്യൂട്ടിംഗ് പുരോഗതികൾ: ന്യൂറോമോർഫിക് ഒപ്റ്റിക്കൽ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു

കഴിഞ്ഞ ഏതാനും ദശാബ്ദങ്ങളിൽ, 1965-ൽ IBM-ലെ ഗോർഡൻ മൂർ പ്രവചിച്ച ഒരു കാലത്ത് അറിയപ്പെടുന്നതും കൃത്യവുമായ പ്രവണതയായ മൂറിന്റെ നിയമം, ഇപ്പോൾ സാവധാനം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് പ്രകടനത്തിന്റെ പ്രവർത്തനരഹിതമായ അളവുകോലായി മാറുകയാണ്. ഓരോ രണ്ട് വർഷത്തിലും ഒരു ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ എണ്ണം ഇരട്ടിയാകുമെന്നും, അതേ അളവിൽ കൂടുതൽ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കുമെന്നും, ഇത് വർധിച്ച കണക്കുകൂട്ടലിലേക്കും അതുവഴി കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രകടനത്തിലേക്കും നയിക്കുമെന്നും മൂറിന്റെ നിയമം പ്രവചിച്ചു. 2005 ഏപ്രിലിൽ, ഒരു അഭിമുഖത്തിൽ, ഗോർഡൻ മൂർ തന്നെ തന്റെ പ്രൊജക്ഷൻ ഇനി സുസ്ഥിരമാകില്ലെന്ന് പ്രസ്താവിച്ചു: "[ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ] വലിപ്പത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, അടിസ്ഥാനപരമായ തടസ്സമായ ആറ്റങ്ങളുടെ വലുപ്പത്തെ സമീപിക്കുന്നത് നിങ്ങൾക്ക് കാണാൻ കഴിയും, പക്ഷേ അത് രണ്ടോ മൂന്നോ തലമുറകൾ വരും മുമ്പ്. അടിസ്ഥാനപരമായ ഒരു പരിധിയിലെത്തുന്നതിന് 10 മുതൽ 20 വർഷം വരെ കൂടിയുണ്ട്.”   

മൂറിന്റെ നിയമം ചില അന്തിമഘട്ടത്തിലെത്താൻ വിധിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ മറ്റ് സൂചകങ്ങൾ പ്രയോഗക്ഷമതയിൽ വർദ്ധനവ് കാണുന്നു. നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച്, കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ചെറുതും വലുതുമായ പ്രവണതകൾ നമുക്കെല്ലാവർക്കും കാണാൻ കഴിയും, മാത്രമല്ല ഉപകരണ ബാറ്ററികൾ കൂടുതൽ നേരം നീണ്ടുനിൽക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സ്റ്റാൻഫോർഡ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി പ്രൊഫസർ ജോനാഥൻ കൂമിയുടെ പേരിലുള്ള കൂമിയുടെ നിയമം എന്നാണ് ബാറ്ററികളിലെ പിന്നീടുള്ള പ്രവണതയെ വിളിക്കുന്നത്. കൂമിയുടെ നിയമം പ്രവചിക്കുന്നത് "... ഒരു നിശ്ചിത കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ലോഡിൽ, നിങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമുള്ള ബാറ്ററിയുടെ അളവ് ഓരോ ഒന്നര വർഷത്തിലും രണ്ടിരട്ടിയായി കുറയും." അതിനാൽ, കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ ഇലക്ട്രോണിക് വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം അല്ലെങ്കിൽ ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത ഓരോ 18 മാസത്തിലും ഇരട്ടിയാകുന്നു. അതിനാൽ, ഈ പ്രവണതകളും മാറ്റങ്ങളും ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നതും വെളിപ്പെടുത്തുന്നതും കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ ഭാവിയിലേക്കാണ്.

കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ ഭാവി

പതിറ്റാണ്ടുകൾക്ക് മുമ്പ് പ്രവചിച്ച ട്രെൻഡുകളും നിയമങ്ങളും ഇനി ബാധകമല്ലാത്തതിനാൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗിനെ പുനർനിർവചിക്കേണ്ടി വരുന്ന ചരിത്രത്തിലെ ഒരു കാലഘട്ടത്തിലേക്ക് നാം എത്തിയിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് നാനോ, ക്വാണ്ടം സ്കെയിലുകളിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, വ്യക്തമായ ശാരീരിക പരിമിതികളും വെല്ലുവിളികളും വരാനുണ്ട്. ഒരുപക്ഷെ സൂപ്പർകമ്പ്യൂട്ടിംഗിലെ ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയമായ ശ്രമമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ, സമാന്തര കണക്കുകൂട്ടലിനായി ക്വാണ്ടം എൻടാൻഗിൾമെന്റ് യഥാർത്ഥത്തിൽ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുക, അതായത് ക്വാണ്ടം ഡീകോഹറൻസിന് മുമ്പ് കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്തുക എന്നത് വ്യക്തമായ വെല്ലുവിളിയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ വെല്ലുവിളികൾക്കിടയിലും കഴിഞ്ഞ ഏതാനും ദശകങ്ങളിൽ വളരെയധികം പുരോഗതി ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ പ്രയോഗിച്ച പരമ്പരാഗത ജോൺ വോൺ ന്യൂമാൻ കമ്പ്യൂട്ടർ ആർക്കിടെക്ചറിന്റെ മാതൃകകൾ കണ്ടെത്താൻ കഴിയും. എന്നാൽ പരമ്പരാഗത വോൺ ന്യൂമാൻ ആർക്കിടെക്ചറിനെ പിന്തുടരാത്ത ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന (സൂപ്പർ) കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ അത്ര അറിയപ്പെടാത്ത മറ്റൊരു മേഖലയുണ്ട്. 

1990-ൽ കാൾടെക് പ്രൊഫസറായ കാർവർ മീഡ് തന്റെ സെമിനൽ പേപ്പറിൽ ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് വിഭാവനം ചെയ്‌തു.  അടിസ്ഥാനപരമായി, ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ തത്വങ്ങൾ സൈദ്ധാന്തികമായ പ്രവർത്തന തത്വങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സിദ്ധാന്തവും ക്ലാസിക്കൽ വോൺ ന്യൂമാൻ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സിദ്ധാന്തവും തമ്മിലുള്ള ഒരു സംക്ഷിപ്ത വ്യത്യാസം ഡോൺ മൺറോയുടെ ഒരു ലേഖനത്തിൽ സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു. അസോസിയേഷൻ ഫോർ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് മെഷിനറി ജേണൽ. പ്രസ്താവന ഇങ്ങനെ പോകുന്നു: "പരമ്പരാഗത വോൺ ന്യൂമാൻ ആർക്കിടെക്ചറിൽ, ശക്തമായ ഒരു ലോജിക് കോർ (അല്ലെങ്കിൽ സമാന്തരമായി പലതും) മെമ്മറിയിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന ഡാറ്റയിൽ തുടർച്ചയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, 'ന്യൂറോമോർഫിക്' കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, താരതമ്യേന പ്രാകൃതമായ 'ന്യൂറോണുകൾ'ക്കിടയിൽ കണക്കുകൂട്ടലും മെമ്മറിയും വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ഓരോന്നും 'സിനാപ്സുകൾ' വഴി നൂറുകണക്കിന് അല്ലെങ്കിൽ ആയിരക്കണക്കിന് മറ്റ് ന്യൂറോണുകളുമായി ആശയവിനിമയം നടത്തുന്നു.  

ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ മറ്റ് പ്രധാന സവിശേഷതകളിൽ തെറ്റ് അസഹിഷ്ണുത ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് ന്യൂറോണുകൾ നഷ്‌ടപ്പെടുത്താനും ഇപ്പോഴും പ്രവർത്തിക്കാനുമുള്ള മനുഷ്യ മസ്തിഷ്കത്തിന്റെ കഴിവിനെ മാതൃകയാക്കാൻ ലക്ഷ്യമിടുന്നു. സമാനമായി, പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ ഒരു ട്രാൻസിസ്റ്ററിന്റെ നഷ്ടം ശരിയായ പ്രവർത്തനത്തെ ബാധിക്കുന്നു. ന്യൂറോമോർഫിക് കംപ്യൂട്ടിംഗിന്റെ മറ്റൊരു വിഭാവനം ചെയ്തതും ലക്ഷ്യമിടുന്നതുമായ നേട്ടം പ്രോഗ്രാം ചെയ്യേണ്ട ആവശ്യമില്ല എന്നതാണ്; ഈ അവസാന ലക്ഷ്യം വീണ്ടും പഠിക്കാനും പ്രതികരിക്കാനും സിഗ്നലുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാനുമുള്ള മനുഷ്യ മസ്തിഷ്കത്തിന്റെ കഴിവിനെ മാതൃകയാക്കുന്നു. അതിനാൽ, മെഷീൻ ലേണിംഗിനും ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് ജോലികൾക്കും നിലവിൽ ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് മികച്ച സ്ഥാനാർത്ഥിയാണ്. 

ന്യൂറോമോർഫിക് സൂപ്പർകമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ പുരോഗതി

ഈ ലേഖനത്തിന്റെ ബാക്കി ഭാഗം ന്യൂറോമോർഫിക് സൂപ്പർകമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ പുരോഗതിയിലേക്ക് പരിശോധിക്കും. പ്രത്യേകിച്ചും, അലക്‌സാണ്ടർ ടെയ്‌റ്റിൽ നിന്ന് ആർക്‌സിവിനെക്കുറിച്ച് അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഗവേഷണം. അൽ. പ്രിൻസ്റ്റൺ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിൽ നിന്നുള്ള ഒരു പഠനത്തിൽ സിലിക്കൺ അധിഷ്‌ഠിത ഫോട്ടോണിക് ന്യൂറൽ നെറ്റ്‌വർക്ക് മോഡൽ പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സമീപനത്തെ 2000 മടങ്ങ് വർധിപ്പിക്കുന്നു. കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ ഈ ന്യൂറോമോർഫിക് ഫോട്ടോണിക് പ്ലാറ്റ്ഫോം അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ഇൻഫർമേഷൻ പ്രോസസ്സിംഗിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. 

ടൈറ്റ് എറ്റ്. അൽ. പേപ്പറിന്റെ തലക്കെട്ട് ന്യൂറോമോർഫിക് സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സ് കമ്പ്യൂട്ടിംഗിനായി വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണത്തിന്റെ ഫോട്ടോണിക് ലൈറ്റ് ഫോം ഉപയോഗിക്കുന്നതിന്റെ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളും വിവരിച്ചുകൊണ്ട് ആരംഭിക്കുന്നു. പത്രത്തിന്റെ പ്രാരംഭ പ്രധാന പോയിന്റുകൾ, പ്രകാശം വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്നത് വിവര കൈമാറ്റത്തിനാണ്, എന്നാൽ വിവര പരിവർത്തനത്തിനല്ല, അതായത് ഡിജിറ്റൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗിനായി. അതുപോലെ, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ, ഡിജിറ്റൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ അടിസ്ഥാനപരമായ ശാരീരിക വെല്ലുവിളികൾ ഉണ്ട്. പേപ്പർ പിന്നീട് നിർദ്ദേശിച്ച ന്യൂറോമോർഫിക് ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമായ ടെയ്‌റ്റ് എറ്റിന്റെ വിശദാംശങ്ങളിലേക്ക് പോകുന്നു. അൽ. എന്ന പേരിൽ 2014-ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ടീം പ്രക്ഷേപണവും ഭാരവും: സ്കെയിലബിൾ ഫോട്ടോണിക് സ്പൈക്ക് പ്രോസസ്സിംഗിനുള്ള ഒരു സംയോജിത നെറ്റ്‌വർക്ക്. ഒരു സംയോജിത ഫോട്ടോണിക് ന്യൂറൽ നെറ്റ്‌വർക്കിന്റെ ആദ്യ പരീക്ഷണാത്മക പ്രകടനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ അവരുടെ പുതിയ പേപ്പർ വിവരിക്കുന്നു. 

"പ്രക്ഷേപണവും ഭാരവും" കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ആർക്കിടെക്ചറിൽ, "നോഡുകൾ" ഒരു അദ്വിതീയ "തരംഗദൈർഘ്യ കാരിയർ" നിയോഗിക്കുന്നു, അത് "തരംഗദൈർഘ്യം ഡിവിഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്‌സ്ഡ് (WDM)" തുടർന്ന് മറ്റ് "നോഡുകളിലേക്ക്" പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യുന്നു. ഈ വാസ്തുവിദ്യയിലെ "നോഡുകൾ" മനുഷ്യ മസ്തിഷ്കത്തിലെ ന്യൂറോൺ സ്വഭാവത്തെ അനുകരിക്കാൻ ഉദ്ദേശിച്ചുള്ളതാണ്. തുടർന്ന് "WDM" സിഗ്നലുകൾ "മൈക്രോറിംഗ് (എംആർആർ) വെയ്റ്റ് ബാങ്കുകൾ" എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന തുടർച്ചയായ മൂല്യമുള്ള ഫിൽട്ടറുകൾ വഴി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു, തുടർന്ന് വൈദ്യുതമായി സംഗ്രഹിച്ച മൊത്തം പവർ ഡിറ്റക്ഷൻ മൂല്യത്തിലേക്ക് സംഗ്രഹിക്കുന്നു. ഈ അവസാനത്തെ ഇലക്‌ട്രോ-ഒപ്‌റ്റിക് പരിവർത്തനത്തിന്റെ/കമ്പ്യൂട്ടേഷന്റെ നോൺ-ലീനിയാരിറ്റി, ന്യൂറോമോർഫിക് തത്വങ്ങൾക്ക് കീഴിലുള്ള കംപ്യൂട്ടിംഗിന് ആവശ്യമായ ന്യൂറോണിന്റെ പ്രവർത്തനത്തെ അനുകരിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ നോൺ-ലീനിയാരിറ്റിയാണ്. 

ഈ പരീക്ഷണാത്മകമായി പരിശോധിച്ച ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഡൈനാമിക്സ് ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി "2-നോഡ് തുടർച്ചയായ സമയ ആവർത്തന ന്യൂറൽ നെറ്റ്‌വർക്ക്" (CTRNN) മോഡലിന് സമാനമാണെന്ന് പേപ്പറിൽ അവർ ചർച്ച ചെയ്യുന്നു. CTRNN മോഡലുകൾക്കായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുള്ള പ്രോഗ്രാമിംഗ് ടൂളുകൾ സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ന്യൂറോമോർഫിക് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഈ പയനിയറിംഗ് ഫലങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ കണ്ടുപിടുത്തം CTRNN മെത്തഡോളജിയെ ന്യൂറോമോർഫിക് സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക്സിലേക്ക് മാറ്റുന്നതിനുള്ള വഴി തുറക്കുന്നു. അവരുടെ പേപ്പറിൽ, അവർ അവരുടെ "പ്രക്ഷേപണവും ഭാരവും" ആർക്കിടെക്ചറിലേക്ക് അത്തരമൊരു മാതൃക അഡാപ്റ്റേഷൻ ചെയ്യുന്നു. CTRNN മോഡൽ അവരുടെ 49-നോഡ് ആർക്കിടെക്ചറിലേക്ക് അനുകരിച്ച്, ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് മോഡലുകളെ 3 ഓർഡറുകൾ കൊണ്ട് മറികടക്കാൻ ന്യൂറോമോർഫിക് കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ആർക്കിടെക്ചർ നൽകുന്നു എന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.