Wednesday, 13 June 2018

ஒளிவழிக் கணினிகள் - ஆப்டிகல் கம்ப்யூடிங் | ஹாலாஸ்யன்


கூகுளில் எதையாவது தேடினால், தேடல் முடிவுகளுக்கு மேல், பொடி எழுத்தில் ‘About 22,40,000 results (0.80 seconds)’ இந்த மாதிரி ஒரு வரி இருக்கும் கவனித்திருக்கிறீர்களா? ஷாருக்கானின் மகன் எதிர்காலத்தில் யாரைக் கல்யாணம் பண்ணுவார் என்று தேடுகையில் இதையெல்லாம் பார்க்கத் தோன்றுமா என்ன?

அந்தத் தேடல் எடுத்துத் தரும் முடிவுகளின் எண்ணிக்கையையும், அதைத் தர எடுத்துக்கொள்ளப்பட்ட நேரத்தையும் கவனித்துப் பாருங்கள். ஆச்சரியமாக இருக்கிறதல்லவா? எப்படி இது சாத்தியம்? நம் கணினிகள் அசாத்திய வேகமாக இருக்கிறதல்லவா?

நீங்கள் தேடவேண்டியதைத் தேடி எண்டர் தட்டுகிற அடுத்த நொடி எலெக்ட்ரான்கள் பறக்க ஆரம்பிக்கின்றன. கடலுக்கடியில் புதைக்கப்பட்ட கண்ணாடி இழைக் கம்பிகள் வழியாக நீங்கள் தேடியது உங்கள் கணினியில் காண்பிக்கப்படுகிறது.


கணினிகளின் வேகம் அதிகரித்திருக்கிறது. குறுக்கே சட்டென்று ஒரு வண்டி வந்தால் சட்டென்று பிரேக் அடித்து நிற்கக் கூடிய தானோட்டிக் கார்கள் டெஸ்லாவில் வந்துவிட்டன. சாவுகிராக்கி என்று திட்டக் கற்றுக்கொள்ளவில்லை இன்னும். இந்த வேகம் வருடா வருடம் அதிகரித்துக்கொண்டே போகிறது. ஒவ்வொரு பதினெட்டு மாதத்திற்கும், ஒரு சதுர செண்டிமீட்டர் அளவிலான சிலிக்கான் சில்லில் விதைக்கப்பட்டிருக்கும் ட்ரான்ஸிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கை இருமடங்காகிறது. இதனை மூர் விதி (Moore’s law) என்று அழைக்கிறார்கள். ஒரு நொடிக்கும் பல லட்சம் முறை அணைக்கவும், திரும்பப் போடவும் திறன்கொண்ட ட்ரான்ஸிஸ்டர்கள்தான் இன்றைய சிலிக்கான் உலகின் உயிர்நாடி. அவற்றை நெருக்கமாகத் திணித்து திணித்து இன்னும் அதிக அளவு ட்ரான்ஸிஸ்டர்களைக் கொண்ட சில்லுகளை உருவாக்கிதான் மூர் விதியை நாம் மெய்ப்பித்துக் கொண்டிருக்கிறோம். ஆனால் எந்த விதிக்கும் ஒரு வரம்பு இருக்கிறதல்லவா. நான் கடைசியாய் கவனிக்கையில் ஒரு ட்ரான்ஸிஸ்டரின் குறைந்தபட்ச தடிமன் 14 நேனோ மீட்டர். இன்னும் இரண்டொரு வருடங்களில் ஒரு ட்ரான்ஸிஸ்டரை நாம் 5 நேனோ மீட்டர் அளவில் செய்துவிடுவோம். இதுதான் உச்ச வரம்பு. ஒரு ட்ரான்ஸிஸ்டர் ஒரு அணுவின்
தடிமனே இருக்கும். அப்போது சில குவாண்டம் விளைவுகள் செயல்படத் தொடங்கி விடுகின்றன.

அணுக்களில் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவுக்குக் கீழே நாம் செல்லும்போது, சாதாரண இயற்பியல் விதிகள் ஓரங்கட்டப்பட்டு, ‘இனிமே நாங்க பாத்துக்கறோம்’ என்று குவாண்டம் விதிகள் களம் இறங்குகின்றன. எலெக்ட்ரானை பாயவிட்டால் ஆன், பாய விடாவிட்டால் ஆஃப் என்கிற கோட்பாடுடைய ட்ரான்ஸிஸ்டர்களின் அளவு ஐந்து நேனோ மீட்டரை எட்டிவிட்டால் குவாண்டம் டன்னலிங் (Quantum Tunneling) என்ற விளைவு செயல்படத் தொடங்குகிறது. அதாவது அந்த ட்ரான்ஸிஸ்டரை, பேய்ப் படங்களில் அப்படியே உடம்புக்குள் பேய் ஊடுருவிப் போவதுபோல எலெக்ட்ரான்கள் ட்ரான்ஸிஸ்டரைக் கடந்து போய்விடும். அதாவது உங்களால் ட்ரான்ஸிஸ்டரை அணைக்கவே முடியாது. அவற்றால் எந்தக் கணக்கையும் செயல்படுத்த முடியாது. அதுதான் உச்சவரம்பு. அதற்குமேல் நமக்கு வேகம் வேண்டுமெனில், அதிக சில்லுகளை வாங்கிப்போட்டுப் பயன்படுத்த வேண்டும். அந்த வரம்பை நாம் வெகு சீக்கிரம் எட்ட இருக்கிறோம்.

இன்னொரு தடை எலெக்ட்ரான்களின் வேகம். அது மிகவும் குறைவு. இதென்ன புது குண்டு, நான் சுவிட்ச் போட்ட அடுத்த நொடி ஃபேன் சுற்ற ஆரம்பிக்கிறது? எங்கோ இருக்கும் மோட்டார் இயங்கி நீர் இறைக்கிறது. இதெப்படி குறைந்த வேகமாக இருக்க முடியும்? நீங்கள் சுவிட்ச் போடுகையில் அங்கிருக்கும் எலெக்ட்ரான் நகர்ந்து மொத்த வயர் நீளத்திற்கும் போய் ஃபேனில் நுழைந்து சுற்ற வைக்கிறது என்று நினைத்தால் தவறு. அந்த எலெக்ட்ரான் இரண்டு மூன்று அணுக்கள் கூட நகர்ந்திருக்காது. ஆனால் அங்கிருந்து அடுத்த எலெக்ட்ரான் கிளம்பி நகரத் தொடங்கிவிடும். மின்சாரம் பாய்தல் ஒருவகையான டாமினோ விளைவுதான் (domino effect). ஒரு ஒற்றை எலெக்ட்ரான் சுமார் ஒரு மீட்டர் நீளமுள்ள கடத்தியின் ஒரு முனையில் இருந்து இன்னொரு முனைக்குப் போக சில நிமிடங்கள் வரை ஆகும். வேகத்தைத் தவிர மின் தடை (resistance), மின்சாரம் பாய்வதினால் உருவாகும் வெப்பம் இரண்டும் பெரிய தொழில்நுட்ப முட்டுக்கட்டைகள். இவையனைத்தையும் தாண்டித்தான் இன்றைய மின்னணுவியல் துறை இயங்கிக் கொண்டிருக்கிறது. இதற்கு என்ன செய்யலாம்? மேற்கொண்டு முன்னேற்றத்திற்கான உச்ச வரம்பை எட்டப் போகிறோம் என்று இருக்கையில் அடுத்த நகர்வு என்ன?

கொஞ்சம் மாற்றி யோசிப்போம். கணினிகளுக்கு அடிப்படை இரண்டு. ஒன்று தகவர் கடத்துதல் (data moving). மற்றொன்று தகவல்களை வைத்து கணக்குகள் போடுதல் (data processing). இப்போது நடைமுறையில் இருக்கிற செயல்முறை இந்த இரண்டையும் எலெக்ட்ரான்களை வைத்துச் செய்கிறது. கணினிக்குள்ளே வயர்கள் மூலமாகத் தகவல்கள் கடத்தப்படுகின்றன. ட்ரான்ஸிஸ்டர்களின் செயல்பாடு மூலம் தகவல்களில் கணக்குகள் போடப்படுகின்றன. இந்தச் செயல்பாடுகளை ஏன் எலெக்ட்ரான்களை விட்டுவிட்டு வேறு ஏதேனும் ஒன்றை வைத்துச் செய்யக்கூடாது. வேறு என்ன இருக்கிறது என்று கேட்கிறீர்களா? ஒளி.

எலெக்ட்ரான்களுக்கு இருக்கிற சட்ட சிக்கல்கள் ஒளிக்குக் கிடையாது. அதற்கு எடை கிடையாது. அதன் வேகம் பிரபஞ்சத்தில் வேறு எதனாலும் விஞ்ச முடியாததாய் இருக்கிறது. ஆக ஒளி ஒரு அருமையான தீர்வு. இப்படி ஒளித்துகள்களை கணினிகளில் பயன்படுத்துவதை ஒளிவழிக் கணினிகள் (optical computing அல்லது photonic computing) என்று அழைக்கிறார்கள்.

இது ஒன்றும் ரொம்ப புதிய யோசனையெல்லாம் கிடையாது. 1960 களில் இருந்து பலரால் பரிந்துரைக்கப்பட்டு வந்ததுதான். நடுவில் சிலிக்கான் புரட்சி அசுரவேகத்தில் எழும்ப இதைக் கிடப்பில் போட்டுவிட்டார்கள். இப்போது IBM, HP போன்ற நிறுவனங்கள் இதில் கோடி கோடியாய்க் கொட்டிக் கொண்டிருக்கின்றன.

ஒளிவழிக் கணினியின் அடிப்படைக் கோட்பாடு இதுதான். தகவல் ஒரு இடத்தில் இருந்து ஒரு இடத்திற்கு எலெட்க்ட்ரான்களாகப் பாயாமல் ஒளியாகப் பாய வேண்டும். உண்மையைச் சொல்லப்போனால் உலகின் பெரும்பான்மை இணையம் கடலடியில் பதிக்கப்பட்டிருக்கும் கண்ணாடி இழைக் கம்பிகள் மூலமே கடத்தப்படுகிறது. ஆனால் நம் கணினிகளுக்கு இணையம் வழங்கும் கருவிகளால் அதை நேரடியாகப் புரிந்து கொள்ள முடியாது. அதனால் ஒளி மூலம் அனுப்பப்பட்ட செய்தி அங்கு எலெட்க்ரான் சமிக்ஞைகளாக மாற்றப்படுகிறது. இது புறவழிச்சாலையில் சீறிப்பாய்ந்து கொண்டிருக்கையில் சட்டென்று ஒரு சந்தடி மிகுந்த ஊருக்குள் நுழைவதற்குச் சமம். மேலும் இந்த ஒளியில் இருந்து எலெக்ட்ரான் சமிஞ்கைகளாக மாற்றுதல் நேரம் மற்றும் ஆற்றல் இரண்டையும் வீணடிக்கிற செயல். அந்த ஒளி-எலெக்ட்ரான் சமிஞ்கை மாற்றத்தைக் கடாசிவிட்டு, கணினிக்குள்ளேயும் ஒளி மூலமாகத் தகவலைக் கடத்துதல் முதல்படி.

ஒளிமூலங்களுக்கு லேசர்கள், கண்ணாடி இழைகள், மிக நுண்ணிய பிரதிபலிக்கும் கண்ணாடிகள், ஒளி உணர்விகள் (optical sensors) வேண்டும். இதனை நடைமுறையில் சாத்தியப்படுத்த முடிகிறது. சவாலே அந்தத் தகவல்களை வைத்துச் செய்யும் கணக்குகளில்தான் இருக்கிறது. தகவல் நகர்தலை ஒளி மூலம் நடத்தி, கணக்குகளை நடைமுறையில் இருக்கிற ட்ரான்ஸிஸ்டர்களைக் கொண்டு நிகழ்த்துவதில் ஒன்றும் பெரிதாய் மாறிவிடாது. நாம் ஏற்கெனவே பார்த்த நேரம் மற்றும் ஆற்றல் விரயம்தான் மிச்சம்.

ஒரு ட்ரான்ஸிஸ்டர் மின்சாரத்தைக் கடத்தினால் அது ஆன் ON, கடத்தாவிட்டால் OFF என்பதே கணினியின் அடிப்படை விதி. அந்த ட்ரான்ஸிஸ்டர்கள் ஒன்றோடு ஒன்று இணைந்து இயங்கி தர்க்கக் கதவங்களாகச் (Logic Gates) செயல்படுகிறது. இவைதான் கணக்குகளின் அடிநாதம். இப்போது இந்தக் கணக்குகளை ஒளிமூலம் செய்ய வைப்பதுதான் உண்மையான சவால். இதற்காகச் சில விசேஷப் பொருட்களை உருவாக்கி இருக்கிறார்கள். அவைகளுக்கு ஒளிவழி ட்ரான்ஸிஸ்டர்கள் என்று பெயர். பெரும்பான்மை தர்க்கக் கதவங்கள் இரண்டு உள்ளீடுகளைக் (input) கொண்டு ஒரு வெளியீடைத் (output) தருபவை. உதாரணத்துக்கு மிக அடிப்படையான AND தர்க்கக் கதவத்தை எடுத்துக்கொள்வோம். இரண்டு உள்ளீடுகளும் உண்மை என்றால் மட்டுமே வெளியீடு உண்மையாக இருக்கும். இல்லையெனில் இயங்காது. ட்ரான்ஸிஸ்டர்களால் இயங்கும் AND தர்க்கக் கதவத்தில் இரண்டு உள்ளீடுகளையும் மின்சாரம் பாய்வது என வைத்துக்கொண்டால் வெளியீட்டில் மின்சாரம் பாயுமாறு வடிவமைக்கலாம். ஆனால் ஒளியில் இதைச் சாத்தியப்படுத்துவதற்கு கொஞ்சம் மாற்றி யோசிக்க வேண்டும். அங்கு கைகொடுப்பது ஒளியின் குறுக்கீடு என்ற பண்பு.

அலைக்குறுக்கீட்டை நீங்கள் கடற்கரையில் உங்கள் கண்களால் பார்த்திருப்பீர்கள். இரு சிறு அலைகள் சட்டென்று ஒன்று சேர்ந்து பெரிய அலையாக மாறும். பெரும் அலையாக இயங்கும் இரண்டு ஏதோ ஒரு காரணத்தால் அப்படியே கரையைத் தொடாமலேயே அடங்கிப் போகும். இரண்டு அலைகளின் மேடு பள்ளங்களும் ஒன்றோடொன்று இயைந்து இருந்தால் புது அலையின் வீச்சு அதிகமாக இருக்கும். ஏறுக்கு மாறாக இருந்தால் அப்படியே அடங்கிவிடும். ஒளியும் அதுபோலத்தான். அப்படியானால் இந்தக் குறுக்கீடு என்னும் பண்பைக் கொண்டு நாம் AND தர்க்கக் கதவத்தை விளக்கி விட முடியும்தானே. இரு ஒன்றோடொன்று இயைந்த ஒளி அலைகள் ஒன்றாகி அதிக வீச்சுடன் புது ஒளி அலை வரும். இதன்மூலம் கணக்குகள் போட முடியும். இப்படி தர்க்கக் கதவங்களுக்கு ஒளியைப் பயன்படுத்தி கதவங்கள் செய்வதைச் சாத்தியப்படுத்திவிட்டார்கள்.

இதில் இன்னொரு வசதி உண்டு. முன்பெல்லாம் நம் ஊர் தபால்துறையின் கடிதங்கள் ஓடும் ரயிலிலேயே இரவில் பிரிக்கப்படும். கேள்விப்பட்டிருக்கிறீர்களா? அதாவது data is processed while it is moved. தகவல் நகரும்போதே கணக்கும் போடப்படுகிறது. ஒளிவழிக் கணினிகளில் அது சாத்தியம். இப்போதைய கணினிகளில் தகவல், வன் தட்டுகள் (hard drives) அல்லது பிற தகவல் சேமிக்கும் சாதனக்களில் இருந்து தகவல்களைக் கணிக்கும் ப்ராஸஸருக்குச் கொண்டுசெல்லப்பட்டுக் கணிக்கப்படும். ஆனால் ஒளிவழிக் கணினியில் இதைப் போகிற போக்கில் செய்ய முடியும்.

ஒளிவழிக் கணினிகளின் சாதகங்கள் எக்கச்சக்கமாக இருக்கின்றன.

1. அவற்றின் இயங்குவேகம், இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் எதனாலும் விஞ்சமுடியாததாய் இருக்கும்.ஒளிவழி இயங்கும் ப்ராஸஸர்கள், நிஜமாக ஒரே நேரத்தில் பல வேலைகளைச் செய்ய முடியும். நாம் தற்போது பயன்படுத்தும் ப்ராஸஸர்கள் பல வேலைகளை ஒரே நேரத்தில் செய்ய அதிக ட்ரான்ஸிஸ்டர்களையும், அதிக சிலிக்கான் சில்லுகளையும் கோருகின்றன.

2. ஒரே பாதையில் இரு வேறு அலைநீளங்களில் வேறு வேறு தகவல்களை எந்த வித சேதாரமும் இல்லாமல் அனுப்ப முடியும். இதனால் ஒளிவழிக் கணினிகளின் தகவல் நகரும் பாதைகள் இரு பரிமாணத்தில் இருந்தாலே போதுமானது. ஆனால் எலெக்ட்ரான்களாக தகவல் நகரும் பட்சத்தில் இது சாத்தியமில்லை. இங்கு முப்பரிமாண வயரிங் அவசியம்.

3. ஒருமுறை ஒளி உற்பத்தி ஆகிவிட்டால் அதன்பிறகு அது ஆற்றலை அது கோருவதில்லை. மேலும் அது பாய்வதற்கு மின்னழுத்த மாறுபாடெல்லாம் தேவையில்லை. போகச்சொன்னல் போய்விடும்.

4. தர்க்கக் கதவங்கள் வேறு எந்த விதிகளாலும் மாறுபடாதவை. அதனால் அளவிற் சுருங்கினாலும் பிரச்சினையில்லை

5. மின்கடத்திகள், குறைகடத்திகள் என்று இப்பொழுது நாம் பயன்படுத்தும் கணினிப் பாகங்களோடு ஒப்பிடுகையில், ஒளியைக் கடத்தும் பொருட்கள், லேசர்கள், நுண்ணிய பிரதிபலிக்கும் கண்ணாடிகள் ஆகியவற்றைத் தயாரிப்பது எளிதானதும் சிக்கனமானதும் ஆகும்.

6. தற்போது நாம் பயன்படுத்தும் கணினிகள் தகவலை ஏகப்பட்ட முறை இடம்மாற்றுகின்றன. எவ்வளவுக்கு எவ்வளவு இடம் மாறுகிறதோ அவ்வளவுக்கவ்வளவு அதன் பாதுகாப்பு கேள்விக்குள்ளாகும். ஒரு வைரஸோ அல்லது தகவல்கள் திருடுகிற நிரலோ தகவல்களைத் திருடிக்கொண்டு போய்விடும். ஆனால் தகவல் நகர்கிற போதே கணிக்கப்படுகையில் தகவல் திருட்டுக்கான சாத்தியக்கூறு பல மடங்கு குறைகிறது.

7. ஒளி நகர்கையில் எந்தவிதமான ஆற்றலையும் வீணடிக்காததால் கணினிகள் வெப்பமாகாது. அவற்றைக் குளிர்விக்க தனியே குளிர்சாதன வசதி தேவையில்லை. இது கணினிகளுக்கான பராமரிப்புச் செலவில் ஒரு பெரிய தொகையை மிச்சப்படுத்தும்.

சரி இவ்வளவு இருக்கிறதே. இதில் சவால்களே இல்லையா என்றால் அதுவும் உண்டு.

1. ஒளியை நகர்த்துதலும், நகரும்போதே கணித்தலும் எளிது. ஆனால் சேமித்தல் கடினம். ஒளியை எதனாலும் நிறுத்தி வைக்க முடியாது. காரணம் அதற்கு மின்னேற்றமோ (charge), காந்தப்புலமோ (magnetic field) கிடையாது.  இதனால் தகவல் சேமிப்பு என்பது இப்போது வரை கொஞ்சம் சிக்கலாகவே இருக்கிறது. இறுதியாக, கணக்குகள் போட்டுச் சேமிக்க வேண்டிய பகுதி இன்னும் அவ்வளவு தெளிவில்லாமல் இருக்கிறது. முப்பரிமாணப் படிம நினைவகங்கள் (halographic memory) என்ற ஒளி அலைகளில் தகவல் சேமித்தல் தீர்வாகச் சொல்லப்பட்டாலும், அதன் இயங்கக்கூடிய மாதிரி (prototype) வடிவம் இன்னும் கணினிகளுக்கும் அடங்கும் வகையில் சுருங்கவில்லை. ஆய்வுகள் தீவிரமாகப் போய்க்கொண்டிருக்கின்றன.

2. ஒளிவழி இயங்கும் ப்ராஸஸர்கள், தகவல் கடத்தும் உறுப்புகள் எல்லாமே செயல்முறையில் நிரூபிக்கப்பட்டாலும், அதிக எண்ணிக்கையில் உற்பத்தி செய்வதற்கான முறைகளும் முதலீடும் இன்னனும் கூடிவரவில்லை. ஆனால் இது எல்லாப் புது தொழில்நுட்பங்களுக்கும் நிகழ்வதுதான். முதல் ட்ரான்ஸிஸ்டர் நாம் வைத்திருக்கிற கைபேசிகளை விடப் பெரிதாக இருந்தது. இன்று நம் கைபேசிக்குள் கோடிக்கணக்கான ட்ரான்ஸிஸ்டர்கள் இருக்கின்றன. இது எல்லாமே நாள்போக்கில் வந்துவிடும். ஏற்கனவே சில தொழில்நுட்ப ஜாம்பவான்கள் களத்தில் குதித்துவிட்ட நிலையில் இது இன்னும் துரிதப்படும்.

தொழில்நுட்பம் பல சமயத்தில் ஏற்கெனவே இருந்த யோசனைகளைத் தூசுதட்டி எடுத்து அதில் மாபெரும் வெற்றி அடைந்திருக்கிறது. நாம் இன்று பயன்படுத்தும் கணினிகள் பயணித்து வந்த பாதை ஒரு மிகப்பெரிய பாய்ச்சல். அதன் ஆரம்பகாலத் தொழில்நுட்ப மைல்கல்கள் இந்த அளவு அறிவியல் முன்னேற்றம் இல்லாதபோதே நிகழ்ந்தவை. அவற்றோடு ஒப்பிடுகையில் ஒளிவழிக்கணினிகள் கொடுத்து வைத்தவை. ஏற்கெனவே ஒரு துறையை வளர்த்தெடுத்த அணுபவம் இருப்பதால் சில விஷயங்களை நாம் எளிதாகச் சாதித்துவிட முடியும். அடுத்த பத்தாண்டுகளில் முழுதாய் ஒளிவழியே இயங்கும் கணினிகள் சாத்தியமே. காத்திருப்போம்.




No comments:

Post a Comment

அநாகரீகமான பின்னூட்டங்கள் வெளியிடப்படமாட்டாது.