Supercomputer : 'या' महासंगणकामुळे अब्जावधी समीकरणं एका वेळी सोडवणं शक्य होणार!

कव्हर स्टोरी : अतुल कहाते

फक्त नेहमीच्या संगणकापेक्षा जास्त वेगानं काम करणारा संगणक अशी महासंगणकाची आधीची ओळख असली, तरी आता महासंगणकाचा आवाका प्रचंड वाढला आहे.

देशाची आर्थिक, सामाजिक आणि आंतरराष्ट्रीय पातळीवरची ताकद काही प्रमाणात देशाच्या महासंगणक क्षेत्राच्या प्रगतीवर आधारलेली आहे, असं म्हणणं आता खरोखर अतिशयोक्ती ठरणार नाही!

भारत ‘परमशंख’ नावाचा अफाट ताकदीचा सुपरकॉम्प्युटर अर्थात महासंगणक तयार करत असल्याची बातमी नुकतीच आली. परमशंख प्रत्यक्षात अवतरायला अजून पाचेक वर्षं लागतील, असा अंदाज आहे.

भारत सरकारच्या ‘नॅशनल सुपरकम्प्युटिंग मिशन’ (एनएसएम) या महत्त्वाकांक्षी मोहिमेचा हा एक महत्त्वाचा दुवा ठरेल.

अमेरिका आणि जपान या दोन देशांनी यापूर्वीच असे अफाट क्षमतेचे महासंगणक तयार करण्याची मजल मारलेली आहे.

सध्या ३००पेक्षा जास्त तंत्रज्ञ परमशंखवर काम करत आहेत. आधीच्या सगळ्या महासंगणकांप्रमाणेच याही संगणकाची निर्मिती पुण्याच्या ‘सी-डॅक’मध्ये केली जात आहे.

आत्ता कार्यान्वित असणाऱ्या महासंगणाकापेक्षा तो तब्बल एक हजार पट वेगानं काम करू शकेल. या पार्श्वभूमीवर या क्षेत्राचा रंजक आढावा घेणं आवश्यक ठरतं.

महासंगणक (सुपरकॉम्प्युटर) ही संकल्पना अनेक दशकांपासून अस्तित्वात आहे.  जो संगणक नेहमीच्या सर्वसाधारण संगणकापेक्षा खूपच जास्त क्षमतेनं काम करू शकतो असा संगणक म्हणजे महासंगणक. 

साहजिकच आपला सर्वसाधारण संगणक आणि महासंगणक यांच्याकडून अपेक्षित असलेल्या कामांमध्ये खूप फरक असतात. आपण आपला संगणक आपल्या रोजच्या कामांसाठी विविध प्रकारे वापरतो. 

महासंगणकाचा वापर मात्र अतिशय ठरावीक प्रकारच्या कामांसाठीच केला जातो.  ज्या कामांमध्ये खूप जास्त  वेगाने काम करण्याची गरज असते, अशाच कामांमध्ये महासंगणक वापरला जातो.

 उदाहरणार्थ, आपलं विजेचं बिल भरणं किंवा एखादं डॉक्युमेंट संगणकावर तयार करण्याचं काम महासंगणकाचं नाही.

कुठल्याही संगणकाची क्षमता किती हे तपासण्यासाठी ‘एमआयपीएस’ नावाची संकल्पना वापरली जाते.

‘एमआयपीएस’ म्हणजे ‘मिलियन इन्स्ट्रक्शन्स पर सेकंड’.  म्हणजेच एका सेकंदामध्ये किती दक्षलक्ष सूचना एखादा संगणक अमलात आणू शकतो, त्यानुसार त्या संगणकाची क्षमता ठरते. 

सूचना म्हणजे दोन आकड्यांची बेरीज करणं, आपण कीबोर्डवर टाइप केलेलं अक्षर नीटपणे वाचून ते समजून घेणं अशी असू शकते.

जितका संगणक जास्त आधुनिक आणि प्रगत असेल, तितक्या जास्त सूचना तो एका सेकंदामध्ये पूर्ण करू शकत असल्यामुळे जास्तीत जास्त ‘एमआयपीएस’वाला संगणक लोकांना हवा असतो. 

उदाहरणार्थ, एखादा माणूस अगदी हळूहळू काम करत असेल तर त्यापेक्षा जास्त वेगानं आणि झपाट्यानं काम करू शकणारा माणूस कुणालाही आपला कर्मचारी म्हणून नक्कीच जास्त आवडेल. तसंच जास्त वेगानं काम करू शकणारा संगणक हा अशा तरबेज माणसासारखाच कार्यक्षम असतो.

संगणकाची क्षमता ‘एमआयपीएस’ या मापकानं केली जात असली, तरी महासंगणकाची क्षमता मात्र ‘एमआयपीएस’च्या फुटपट्टीवर मोजली जात नाही. 

महासंगणकाची क्षमता ठरवण्यासाठी ‘फ्लॉप’ नावाचं वेगळंच मापक वापरलं जातं. ‘फ्लॉप’चा अर्थ ‘फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशन्स’. फ्लोटिंग पॉइंट म्हणजे अपूर्ण संख्या.

त्यांची क्लिष्ट समीकरणं महासंगणक किती वेगानं सोडवू शकतो, त्यानुसार त्याची क्षमता ठरवली जाते.  फ्लॉप या मापकाच्या पायऱ्या चढत जाऊन आता आपण ‘पेटा फ्लॉप’ या मापकापर्यंत आलो आहोत.

जसं  १००० मीटर म्हणजे एक किलोमीटर, तसंच आपण एकापुढे १५ शून्यं लिहिली तर तितके फ्लॉप म्हणजे एक पेटा फ्लॉप!  यावरून पेटा फ्लॉप वेगानं काम करणारा महासंगणक म्हणजे किती प्रचंड वेगानं काम करू शकणारा संगणक, याची आपल्याला थोडीफार कल्पना येऊ शकेल. 

असा पहिला पेटा फ्लॉप संगणक आयबीएम कंपनीनं २००८ साली अथक प्रयत्नानंतर तयार केला.  आता तर महासंगणक तंत्रज्ञानानं पेटा फ्लॉपच्या पुढची पायरी म्हणजे ‘एक्झा फ्लॉप’पर्यंत मजल गाठली आहे.  

एक एक्झा फ्लॉप म्हणजे एकावर १८ शून्यं!  ‘फ्रंटियर’ नावाचा अमेरिकेमधला महासंगणक  एक्झा फ्लॉप वेगानं काम करू शकतो आणि तो जगातला सगळ्यात आधुनिक आणि सगळ्यात वेगवान महासंगणक मानला जातो.

अंतराळयान, लष्करी यंत्रणा, रडार, दूरसंचार, जेनेटिक्स, कृत्रिम बुद्धिमत्ता, हवामान या आणि अशा असंख्य कामांमध्ये अतिशय तुफानी वेगानं अब्जावधी गणिती समीकरणं सोडवणं आवश्यक असतं.

यासाठी फ्लॉपचा आकडा जितका मोठा तितकं उत्तम. म्हणूनच सर्वसामान्य संगणकाला ही कामं जमत नाहीत, मात्र महासंगणकाला ती जमू शकतात.

अर्थात तरीसुद्धा मुळात महासंगणक नसलेला साधा संगणकच अतिशय वेगानं काम करत असल्याचं आपण अनुभवलेलं असेल.

हे कशामुळे घडतं? १९७०च्या दशकात इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात क्रांती घडली. सुरुवातीला ‘ट्रान्झिस्टर’ नावाचं उपकरण आलं आणि त्यानंतर असे हजारोच नव्हे, तर अतिसूक्ष्म आकाराचे असे अब्जावधी ट्रान्झिस्टर एका चकतीवर मिरवणारी ‘आयसी’ चिप आली.

या चिपमध्ये संगणकांचं सगळं कामकाज चालवण्याची क्षमता असते. एका चिपवर मावू शकणाऱ्या ट्रान्झिस्टरची संख्या सातत्यानं वाढत गेली.

इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रामधला हा चमत्कार, संगणकाची क्षमतासुद्धा त्या प्रमाणात वाढण्याला कारणीभूत ठरली. अलीकडे तर अशी एकच चिप संगणकात बसवण्याऐवजी अशा अनेक चिप बसवण्याची किमया इंटेल आणि इतर कंपन्यांनी साधली आहे.

यालाच आपण ‘इंटेल आय थ्री/फाईव्ह/सेव्हन’ अशी नावं देतो. म्हणजेच ३, ५ किंवा ७ एवढ्या चिप या संगणकांमध्ये असतात. साहजिकच अशा संगणकांचा वेग आधीच्या संगणकांपेक्षा तिप्पट, पाचपट, सातपट असू शकतो!

हे झालं संगणकाचं. पुढचा प्रश्न म्हणजे महासंगणक त्याहूनही जास्त वेगानं काम कसा करू शकतो?  यामागे इतर अनेक तांत्रिक कारणं जरी असली,  तरी त्यामधलं एक अतिशय महत्त्वाचं कारण म्हणजे ‘पॅरलल प्रोसेसिंग’.

सोप्या शब्दांमध्ये याचा अर्थ म्हणजे, समजा आपल्याकडे एखादं काम करण्यासाठी दहा माणसं असतील, तर एकाच माणसानं हे काम करण्यासाठी खूप जास्त वेळ घेण्यापेक्षा ही दहा माणसं तेच काम तुलनेनं खूप कमी वेळात करू शकतील, कारण ते काम या दहाजणांमध्ये विभागलं जाईल आणि साहजिकच एकूण लागणारा वेळ खूप कमी होईल. 

याच धर्तीवर महासंगणकामध्ये अनेक साध्या संगणकांप्रमाणेच अनेक सीपीयू म्हणजेच प्रोसेसर बसवलेले असतात.  महासंगणकाला कुठलंही काम दिलं, की हे सगळेच्या सगळे सीपीयू एकाच वेळी हे काम तातडीनं पूर्ण करण्यासाठी कामाला लागतात. 

मुळात दिलेलं काम या सगळ्या सीपीयूंकडून एकाच वेळी विभागून करून घेण्यासाठी आवश्यक असलेली यंत्रणा महासंगणकामध्ये असते. 

जणू एखाद्या कामाच्या ठिकाणी एखाद्या व्यवस्थापकानं मूळ काम अनेक लोकांमध्ये विभागून देण्यासाठीची सुरुवातीची प्रक्रिया करावी आणि त्यानंतर त्या लोकांनी प्रत्यक्षात हे काम करावं, अशी ही संकल्पना असते.

हे शक्य झाल्यामुळे अब्जावधी समीकरणं एका वेळी सोडवणं, अतिप्रचंड प्रमाणात हाती आलेल्या माहितीच्या साठ्याचं नीट पृथक्करण करून त्यातून योग्य ते निष्कर्ष काढणं,  अनेक महत्त्वाचे निर्णय घेणं महासंगणकला शक्य होतं.

  म्हणूनच अंतराळासंबंधीचं काम,  अण्वस्त्रं तसंच युद्ध यांच्या संदर्भातलं काम,  हवामान आणि त्याविषयीचे अंदाज, विज्ञानासंबंधीचे असंख्य प्रयोग अशा सगळ्या कामांमध्ये महासंगणकाचं महत्त्व खूप वाढतं.  पण मग साधा संगणक आणि महासंगणक यांच्या रचनेमध्ये नेमका फरक काय असतो?

तांत्रिकदृष्ट्या महासंगणकांचा गाभा समजून घेण्यासाठी अलीकडे विलक्षण प्रकाशझोतात आलेल्या ‘एनव्हीडिया’ कंपनीचाही उल्लेख केला पाहिजे.

ही कंपनी सुरू करणाऱ्या संस्थापकांचा मुख्य उद्देश संगणकांवर खेळल्या जात असलेल्या गेमचा वेग वाढवणं हा होता. संगणकांवर गेम खेळत असताना गेमरला खूप वेगानं गेम खेळायला आवडतं.

अगदी गाडी चालवण्यापासून मारामारी करण्यापर्यंत सगळ्या गोष्टी अत्यंत वेगानं समोरच्या पडद्यावर घडत असल्या तर गेम खेळायला खूप मजा येते. तसं न होता गेम संथपणे सुरू राहिला, तर अर्थातच गेम खेळायला गेमरला फारशी मजा येणार नाही. भराभर हालचाली करणं, त्यानुसार कृती घडणं हे गेमसाठी महत्त्वाचं असतं.

त्यादृष्टीनं गेमचा वेग वाढवण्यासाठी काय करता येईल; याविषयी एनव्हीडिया कंपनीच्या संस्थापकांनी विचार केला. संगणकाचं काम चालवण्यासाठी संगणकामध्ये ‘सेंट्रल प्रोसेसिंग युनिट’ (सीपीयू) हा मुख्य घटक असतो.

याच सीपीयूवर जर गेमचाही भार टाकला तर गेमला अपेक्षित वेग मिळणार नाही याची त्यांना कल्पना होती. किंबहुना तेव्हा तसंच घडत होतं. सीपीयू संगणकाचं मुख्य काम करता करता गेमचं सॉफ्टवेअरसुद्धा चालवत असल्यामुळे सीपीयूवर एका वेळी खूप गोष्टी करण्याचं बंधन यायचं आणि स्वाभाविकपणे गेम मंदावायचा.

हे टाळण्यासाठी ‘ग्राफिक्स प्रॉसेसिंग युनिट’ (जीपीयू) नावाच्या खास प्रकारच्या चिपची निर्मिती करायचा घाट त्यांनी घातला.

म्हणजेच सीपीयू संगणकाचं नेहमीचं काम करणार आणि जीपीयू गेमसाठी काम करणार; असं त्यांचं उद्दिष्ट होतं. सुरुवातीच्या अपयशानंतर एनव्हीडिया कंपनीनं चांगली प्रगती साधून जीपीयूच्या बाजारपेठेवर आपला कब्जा केला.

इतर प्रगतीबरोबरच २००६ साली एव्हीडियानं जगासमोर आणलेल्या कुडा (Compute Unified Device Architecture - CUDA) तंत्रज्ञानामुळे विलक्षण मोठी क्रांती घडली. या सॉफ्टवेअरचा वापर जीपीयू चिपकडून एका वेळी अनेक कामं करून घेण्यासाठी केला जातो.

उदाहरणार्थ, समजा आपल्याकडे प्रचंड मोठ्या आकाराच्या दोन सारण्या (मॅट्रिक्स) असतील आणि त्यांचा गुणाकार करायचा असेल, तर हे काम जीपीयू वापरून कुडा एका झटक्यात करू शकतं! तोपर्यंत संगणकाचं मुख्य काम सीपीयू करणार आणि ग्राफिक्सचं काम जीपीयू करणार असं कामाचं विभाजन होतं.

सीपीयू तयार करणारी सगळ्यात मोठी कंपनी होती इंटेल आणि जीपीयूची बाजारपेठ एनव्हीडियाच्या खिशात होती. आता कुडामुळे मात्र सीपीयू आणि जीपीयू या दोन भिन्न चिपमधले फरक जणू धूसर झाले. इतके दिवस जीपीयू म्हणजे ग्राफिक्सचं काम; असा समज होता.

आता मात्र याच जीपीयू चिपचा वापर क्लिष्ट कामांसाठी जणू सीपीयूसारखाच करता येईल; अशी सोय झाली. संगणकांच्या विश्वात सगळ्यात बलाढ्य मानले जाणारे ‘महासंगणक’ किंवा ‘सुपरकॉम्प्युटर’ यांचं काम या जीपीयू चिपमुळे सुसह्य झालं.

हवामानाचे अंदाज बांधणं, जेनेटिक्स, कृत्रिम बुद्धिमत्ता अशांसारख्या कामांमध्ये खूप क्लिष्ट समीकरणं अतिशय वेगानं सोडवावी लागतात. ही क्षमता या चिपमध्ये होती.

जीपीयू आल्यामुळे संगणकांचं रूपडंच बदलून गेलं. आता ‘हाय परफॉर्मन्स कम्प्युटिंग’ (एचपीसी) नावाची नवी उपशाखा यातून जन्माला आली. अतिशय मोठ्या प्रमाणावर आणि वेगानं महासंगणकांकडून काम करून घेण्यासाठी एचपीसी तंत्रज्ञान एकदम उपयुक्त ठरलं.

कारण एकामागोमाग एक अशा प्रकारे काम न करता एचपीसी तंत्रज्ञानात एकाच वेळी सगळी कामं एका झटक्यात उरकली जातात. साहजिकच हजारो-लाखो साध्या संगणकांना असा एक संगणक पुरून उरतो. म्हणूनच तो महासंगणक ठरतो.

‘ऐरावत’ हा  सध्या भारतामधला सगळ्यात प्रगत मानला जाणारा महासंगणक पुण्याच्या सी-डॅकमध्ये आहे.  जागतिक पातळीवर हा ७५वा सगळ्यात वेगवान महासंगणक मानला जातो. १९८०च्या दशकात भारतामध्ये पहिल्यांदा महासंगणक तयार करण्यासाठी हालचाली सुरू झाल्या.

  क्रे कंपनीचा महासंगणक  भारताला देण्यास अमेरिकेनं नकार दिल्यामुळे भारतानं स्वतःच महासंगणक तयार करण्यासाठीची मोहीम हाती घेतली. 

१९९१ साली  सी-डॅकमध्येच ‘परम’ हा पहिला भारतीय महासंगणक तयार झाला. २०१५ साली भारत सरकारच्या इलेक्ट्रॉनिक्स आणि माहिती तंत्रज्ञान मंत्रालयानं नवं राष्ट्रीय महासंगणक धोरण जाहीर केलं. 

या धोरणानुसार २०२२ सालापर्यंत भारतात ठिकठिकाणी भारतीय बनावटीचे ७३ महासंगणक बसवले जाणं अपेक्षित होतं.

यामधला महत्त्वाचा भाग म्हणजे आधीच्या महासंगणकांमधले सुटे भाग इतर देशांमध्ये तयार झाल्यानंतर भारतामध्ये ते जोडले जात, म्हणजे असेंबल केले जात.  आता मात्र हे संगणक पूर्णपणे भारतात तयार करण्याची योजना आहे.

  असा पहिला महासंगणक २०२०च्या ऑक्टोबर महिन्यात पूर्ण झाला. त्यापुढचा टप्पा म्हणजे ‘परमशंख’! परमशंखसाठी मेक इन इंडिया मोहिमेअंतर्गत भारतीय बनावटीचेच प्रोसेसर आणि स्टोरेजसह स्वदेशी सुटे भाग वापरण्यात येणार आहेत.

वर म्हटल्याप्रमाणे याची गती हजारपट जास्त असणार असल्यामुळे माहितीचे विश्लेषण अतिवेगाने करणे सोपे होणार आहे.

जागतिक पातळीवर विज्ञान आणि तंत्रज्ञान यांचा वापर, सर्वसामान्य माणसाचं आयुष्य अधिक समृद्ध आणि सुकर करणं, माणसासमोरचे निरनिराळे प्रश्न सोडवणं,  कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि तिच्या वापरामुळे होत असलेल्या अद्‍भुत बदलांचा सकारात्मकरित्या सामना करणं अशा अनेक कामांमध्ये महासंगणकाचा वापर अपरिहार्य आहे. 

साहजिकच जागतिक स्पर्धेमध्ये नुसतंच टिकून राहण्यासाठी नव्हे, तर पुढे जाण्यासाठी महासंगणकीय तंत्रज्ञान भारताला अतिशय उपयुक्त ठरणार आहे.

या संदर्भातलं संशोधन भारतामधल्या अनेक संस्थांमध्ये सुरू असतं आणि शिवाय जागतिक पातळीवर महासंगणक क्षेत्रामध्ये काय सुरू आहे, याचा आढावा घेऊन त्यानुसार आपल्या मार्गामध्ये बदल करणं हे कामसुद्धा सातत्यानं केलं जातं. 

सुरुवातीला फक्त नेहमीच्या संगणकापेक्षा जास्त वेगानं काम करणारा संगणक अशी महासंगणकाची ओळख असली, तरी आता महासंगणकांचा आवाका प्रचंड वाढला आहे. 

देशाची आर्थिक,  सामाजिक  आणि आंतरराष्ट्रीय पातळीवरची ताकद काही प्रमाणात देशाच्या महासंगणक क्षेत्राच्या प्रगतीवर आधारलेली आहे, असं म्हणणं आता खरोखर अतिशयोक्ती ठरणार नाही!

-------------------------