एक्सास्केल कंप्यूटिंग

एक्सास्केल कंप्यूटिंग उन कंप्यूटिंग प्रणालियों को संदर्भित करता है जो कम से कम "1018 आईईईई 754 डबल प्रिसिजन (64-बिट) संचालन (गुणा और/या जोड़) प्रति सेकंड (exaFLOPS)" की गणना करने में सक्षम हैं; यह सुपर कंप्यूटर के प्रदर्शन का एक माप है।

एक्सास्केल कंप्यूटिंग कंप्यूटर इंजीनियरिंग में एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है: मुख्य रूप से, यह मौसम पूर्वानुमान, क्लाइमेट मॉडलिंग और व्यक्तिगत चिकित्सा जैसे डोमेन में उत्तम वैज्ञानिक एप्लीकेशन और उत्तम पूर्वानुमान स्पष्टता की अनुमति देता है। एक्सास्केल तंत्रिका स्तर पर ह्यूमन ब्रेन की अनुमानित प्रसंस्करण शक्ति तक भी पहुंचता है, जो ह्यूमन ब्रेन प्रोजेक्ट  का लक्ष्य है। एक्सास्केल कंप्यूटर बनाने वाला पहला देश बनने की होड़ मची हुई है, जिसे सामान्यतः टॉप500 सूची में स्थान दिया जाता है।

2022 में, दुनिया का पहला सार्वजनिक एक्सास्केल कंप्यूटर, फ्रंटियर (सुपर कंप्यूटर) की घोषणा की गई।, यह दुनिया का सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटर है।

परिभाषाएँ
प्रति सेकंड फ़्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशन (एफएलओपीएस) कंप्यूटर के प्रदर्शन का एक माप है। फ्लॉप्स को परिशुद्धता के विभिन्न मापों में रिकॉर्ड किया जा सकता है, चूँकि मानक माप (टॉप500 सुपरकंप्यूटर सूची द्वारा उपयोग किया जाता है) लिनपैक या एचपीलिनपैक उच्च प्रदर्शन लिनपैक (एचपीलिनपैक) लिनपैक बेंचमार्क या एचपीलिनपैक का उपयोग करके प्रति सेकंड 64 बिट (डबल-प्रिसिशन फ़्लोटिंग-पॉइंट प्रारूप) संचालन का उपयोग करता है।

जबकि एक वितरित कंप्यूटिंग प्रणाली ने फ्रंटियर (सुपरकंप्यूटर) से पहले 1 एक्साफ्लॉप्स बाधा को तोड़ दिया था, मीट्रिक सामान्यतः एकल कंप्यूटिंग सिस्टम को संदर्भित करता है। सुपर कंप्यूटर ने पहले भी वैकल्पिक परिशुद्धता उपायों का उपयोग करके 1 एक्साफ्लॉप्स बाधा को तोड़ दिया था; फिर से ये मानक मीट्रिक का उपयोग करके एक्सास्केल कंप्यूटिंग के मानदंडों को पूरा नहीं करते हैं। यह माना गया है कि एचपीएलइनपैक वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग में सुपरकंप्यूटर उपयोगिता का एक अच्छा सामान्य माप नहीं हो सकता है, चूँकि यह प्रदर्शन माप के लिए सामान्य मानक है।

तकनीकी चुनौतियाँ
यह माना गया है कि एक्सास्केल कंप्यूटिंग सिस्टम की क्षमताओं का पूरी तरह से दोहन करने के लिए एप्लीकेशन को सक्षम करना सीधा नहीं है। एक्सास्केल प्लेटफार्मों पर डेटा-इंटेंसिव  एप्लीकेशन  को विकसित करने के लिए नए और इफेक्टिव प्रोग्रामिंग पैराडिग्म्स और रनटाइम सिस्टम की उपलब्धता की आवश्यकता होती है। फोल्डिंग@होम परियोजना, इस बाधा को तोड़ने वाली पहली परियोजना थी, जो क्लाइंट-सर्वर मॉडल नेटवर्क आर्किटेक्चर का उपयोग करके सैकड़ों हजारों ग्राहकों को काम के टुकड़े भेजने वाले सर्वरों के नेटवर्क पर निर्भर थी।

इतिहास
प्रथम पेटास्केल कंप्यूटिंग (1015FLOPS) कंप्यूटर 2008 में परिचालन में आया। जिसको 2009 में एक सुपर कम्प्यूटिंग सम्मेलन में, कंप्यूटर की दुनिया ने 2018 तक एक्सास्केल कार्यान्वयन का अनुमान लगाया था। जून 2014 में, टॉप500 सुपरकंप्यूटर सूची में ठहराव के कारण पर्यवेक्षकों ने 2020 तक एक्सास्केल सिस्टम की संभावना पर प्रश्न उठाया था।

चूँकि एक्सास्केल कंप्यूटिंग 2018 तक प्राप्त नहीं की गई थी, उसी वर्ष (सुपरकंप्यूटर) ने 1.8 प्रदर्शन किया जीनोमिक जानकारी का विश्लेषण करते समय वैकल्पिक मीट्रिक का उपयोग करके प्रति सेकंड गणना किया जाता है । जिससे इसे प्रदर्शित करने वाली टीम ने 2018 एसीएम/आईईईई सुपरकंप्यूटिंग सम्मेलन में गॉर्डन बेल पुरस्कार जीता था।

एक्साफ्लॉप्स बाधा को पहली बार मार्च 2020 में वितरित कंप्यूटिंग नेटवर्क फोल्डिंग@होम COVID-19 महामारी अनुसंधान परियोजना द्वारा तोड़ा गया था।

जून 2020 में जापानी सुपरकंप्यूटर फुगाकू (सुपरकंप्यूटर) ने वैकल्पिक एचपीएल-एआई बेंचमार्क का उपयोग करके 1.42 एक्साफ्लॉप्स प्राप्त किया था ।

2022 में, दुनिया का पहला सार्वजनिक एक्सास्केल कंप्यूटर, फ्रंटियर (सुपर कंप्यूटर) की घोषणा की गई।, यह दुनिया का सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटर है।

संयुक्त राज्य अमेरिका
2008 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग, विज्ञान कार्यालय और राष्ट्रीय परमाणु सुरक्षा प्रशासन के अंदर संयुक्त राज्य अमेरिका के दो सरकारी संगठनों ने एक एक्सास्केल सुपरकंप्यूटर के विकास के लिए इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड आर्किटेक्चर को धन प्राप्त कराया गया; सैंडिया राष्ट्रीय प्रयोगशाला और ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला को भी एक्सास्केल डिज़ाइन पर सहयोग करना था। इस तकनीक को मूलभूत अनुसंधान, अभियांत्रिकी, पृथ्वी विज्ञान, जीव विज्ञान, सामग्री विज्ञान, ऊर्जा उद्देश्यों और राष्ट्रीय सुरक्षा सहित विभिन्न गणना-इंटेंसिव अनुसंधान क्षेत्रों में प्रयुक्त किए जाने की उम्मीद थी।

जनवरी 2012 में, इंटेल ने 2018 तक एक्सास्केल तकनीक विकसित करने के अपने वादे को पूरा करने के लिए क्यूलॉजिक से 125 मिलियन अमेरिकी डॉलर में इन्फिनीबैंड उत्पाद लाइन खरीदी।

2012 तक, संयुक्त राज्य अमेरिका ने एक्सास्केल कंप्यूटिंग विकास के लिए 126 मिलियन डॉलर आवंटित किए थे।

फरवरी 2013 में, इंटेलिजेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एक्टिविटी ने क्रायोजेनिक कंप्यूटर कॉम्प्लेक्सिटी (सी3) प्रोग्राम प्रारंभ किया, जो सुपरकंडक्टिंग सुपर कंप्यूटर की एक नई पीढ़ी की कल्पना करता है जो सुपरकंडक्टिंग लॉजिक के आधार पर एक्सास्केल गति पर काम करता है। दिसंबर 2014 में इसने सी3 प्रोग्राम के लिए प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए आईबीएम, रेथियॉन बीबीएनटेक्नोलॉजीज और नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन के साथ एक बहु-वर्षीय अनुबंध की घोषणा की।

29 जुलाई 2015 को, बराक ओबामा ने एक राष्ट्रीय रणनीतिक कंप्यूटिंग पहल बनाने वाले एक कार्यकारी आदेश पर हस्ताक्षर किए, जिसमें एक एक्सास्केल प्रणाली के त्वरित विकास और पोस्ट-सेमीकंडक्टर कंप्यूटिंग में अनुसंधान को वित्त पोषित करने का आह्वान किया गया। एक्सास्केल कंप्यूटिंग प्रोजेक्ट (ईसीपी) को 2021 तक एक एक्सास्केल कंप्यूटर बनाने की उम्मीद है।

18 मार्च 2019 को, संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग और इंटेल ने घोषणा की कि पहला एक्साफ्लॉप्स सुपरकंप्यूटर 2022 के अंत तक आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी में प्रारंभ हो जाएगा। ऑरोरा (सुपरकंप्यूटर) नामक कंप्यूटर को इंटेल और क्रे (अब हेवलेट पैकार्ड एंटरप्राइज) द्वारा आर्गोन में वितरित किया जाना है, और भविष्य के ज़ीऑन स्केलेबल सीपीयू के साथ इंटेल एक्सई जीपीजीपीयू का उपयोग करने की उम्मीद है, और इसकी लागत 600 मिलियन अमेरिकी डॉलर है।

7 मई 2019 को, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में फ्रंटियर (सुपरकंप्यूटर) सुपरकंप्यूटर बनाने के लिए क्रे (अब हेवलेट पैकार्ड एंटरप्राइज) के साथ एक अनुबंध की घोषणा की। फ्रंटियर के 2022 में पूरी तरह से प्रारंभ होने की उम्मीद है और, 1.5 एक्साफ्लॉप्स से अधिक के प्रदर्शन के साथ, यह दुनिया का सबसे शक्तिशाली कंप्यूटर होना चाहिए।

4 मार्च 2020 को, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने 600 मिलियन अमेरिकी डॉलर की निवेश से एल कैपिटन (सुपरकंप्यूटर) सुपरकंप्यूटर बनाने के लिए हेवलेट पैकार्ड एंटरप्राइज और एएमडी के साथ एक अनुबंध की घोषणा की, जिसे लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला (एलएलएनएल) में स्थापित किया जाएगा। इसका उपयोग मुख्य रूप से (किन्तु विशेष रूप से नहीं) परमाणु हथियार मॉडलिंग के लिए किए जाने की उम्मीद है। एल कैपिटन की पहली बार घोषणा अगस्त 2019 में की गई थी, जब डीओई और एलएलएनएल ने क्रे से शास्ता सुपरकंप्यूटर की खरीद का स्पष्टीकरण किया था। एल कैपिटन 2023 की में प्रारंभ हो जाएगा और इसका प्रदर्शन 2 एक्साफ्लॉप्स होगा। यह कृत्रिम बुद्धिमत्ता कार्यों को गति देने के लिए, प्रति ईपीवाईसी जेन 4 सीपीयू में 4 रेडीओन इंस्टिंक्ट जीपीयू के साथ एएमडी सीपीयू और जीपीयू का उपयोग करेगा। एल कैपिटन को लगभग 40 मेगावाट विद्युत की खपत करनी चाहिए।

नवंबर 2021 तक, संयुक्त राज्य अमेरिका के पास दुनिया के पांच सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटरों में से तीन हैं।

जापान
जापान में, 2013 में, आरआईकेईएन एडवांस्ड इंस्टीट्यूट फॉर कम्प्यूटेशनल साइंस ने 2020 के लिए एक एक्सास्केल प्रणाली की योजना बनाना प्रारंभ किया, जिसका उद्देश्य 30 मेगावाट से कम खपत करना था। 2014 में, फुजित्सु के कंप्यूटर के स्थान पर अगली पीढ़ी का सुपर कंप्यूटर विकसित करने के लिए आरआईकेईएन द्वारा एक अनुबंध से सम्मानित किया गया था। उत्तराधिकारी को फुगाकू (सुपरकंप्यूटर) कहा जाता है, और इसका लक्ष्य कम से कम 1 एक्साफ्लॉप्स का प्रदर्शन करना है, और 2021 में पूरी तरह से प्रारंभ होना है। 2015 में, फुजित्सु ने अंतर्राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग सम्मेलन में घोषणा की कि यह सुपरकंप्यूटर एआरएमवी8 आर्किटेक्चर को प्रयुक्त करने वाले प्रोसेसर का उपयोग करेगा, जो कि एआरएम लिमिटेड के साथ सह-डिज़ाइनिंग एक्सटेंशन के साथ होगा। इसे जून 2020 में आंशिक रूप से परिचालन में लाया गया था और एचपीएल-एआई बेंचमार्क में 1.42 एक्साफ्लॉप्स (एफपी64 परिशुद्धता के साथ एफपी16) प्राप्त किया, जिससे यह पहला सुपर कंप्यूटर बन गया जिसने 1 एक्साफ्लॉप्स प्राप्त किया। जापान की सबसे ऊंची चोटी माउंट फ़ूजी के नाम पर, फुगाकू ने 17 नवंबर, 2020 को घोषित शीर्ष 500 सुपरकंप्यूटर गणना गति रैंकिंग में नंबर 1 रैंकिंग बरकरार रखी, प्रति सेकंड 442 क्वाड्रिलियन गणना या 0.442 एक्साफ्लॉप्स की गणना गति तक पहुंच गई।

चीन
जून 2022 तक, चीन के पास दुनिया के शीर्ष दस टॉप500 में से दो थे। उच्च प्रदर्शन वाले कंप्यूटरों की अगली पीढ़ी के लिए राष्ट्रीय योजना और नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ डिफेंस टेक्नोलॉजी (एनयूडीटी) में कंप्यूटिंग स्कूल के प्रमुख के अनुसार, चीन को 13वीं पंचवर्षीय योजना अवधि (2016-2020) के समय एक एक्सास्केल कंप्यूटर विकसित करना था, जो 2020 के उत्तरार्ध में सेवा में प्रवेश करेगा। टियांजिन बिन्हाई न्यू एरिया की सरकार, एनयूडीटी और टियांजिन में नेशनल सुपरकंप्यूटिंग सेंटर इस परियोजना पर काम कर रहे हैं। टियान -2 और तियान्हे-2 के बाद, एक्सास्केल उत्तराधिकारी को तियान्हे-3 नाम देने की योजना है।

यूरोपीय संघ और यूनाइटेड किंगडम

 * यूरोप में सुपरकंप्यूटिंग भी देखें

2011 में, यूरोपीय संघ में एक्सास्केल कंप्यूटिंग के लिए प्रौद्योगिकियों और सॉफ्टवेयर विकसित करने के उद्देश्य से कई परियोजनाएं प्रारंभ की गईं। क्रेस्ट परियोजना (एक्सास्केल सिस्टमवेयर, टूल्स और एप्लिकेशन में सहयोगात्मक अनुसंधान), डीईईपी परियोजना (डायनामिकल एक्सास्केल एंट्री प्लेटफार्म), और परियोजना मोंट-ब्लैंक। एक्सास्केल संक्रमण पर आधारित एक प्रमुख यूरोपीय परियोजना MaX (एक्सास्केल में सामग्री) परियोजना है। ऊर्जा उन्मुख उत्कृष्टता केंद्र (ईओसीओई) कार्बन मुक्त ऊर्जा अनुसंधान और एप्लीकेशन का समर्थन करने के लिए एक्सास्केल प्रौद्योगिकियों का उपयोग करता है।

2015 में, स्केलेबल, ऊर्जा-कुशल, लचीला और पारदर्शी सॉफ्टवेयर अनुकूलन (एसईआरटी) परियोजना, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय और चेशायर में एसटीएफसी डेरेसबरी प्रयोगशाला के बीच एक प्रमुख शोध परियोजना को सी से सम्मानित किया गया था। यूनाइटेड किंगडम के इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद से £1 मिलियन एसईआरटी परियोजना मार्च 2015 में प्रारंभ होने वाली थी। इसे सॉफ्टवेयर फॉर द फ्यूचर II प्रोग्राम के अनुसार ईपीएसआरसी द्वारा वित्त पोषित किया जाएगा, और यह परियोजना संख्यात्मक विश्लेषण समूह (एनएजी), क्लस्टर विजन और विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधा परिषद (एसटीएफसी) के साथ साझेदारी करेगी।

28 सितंबर 2018 को, यूरोपीय उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग संयुक्त उपक्रम (यूरोएचपीसी जेयू) को औपचारिक रूप से यूरोपीय संघ द्वारा स्थापित किया गया था। यूरोएचपीसी जेयू का लक्ष्य 2022/2023 तक एक एक्सास्केल सुपरकंप्यूटर बनाना है। यूरोएचपीसी जेयू को लगभग €1 बिलियन के बजट के साथ इसके सार्वजनिक सदस्यों द्वारा संयुक्त रूप से वित्त पोषित किया जाएगा। EU का वित्तीय योगदान €486 मिलियन है।

मार्च 2023 में यूनाइटेड किंगडम की सरकार ने घोषणा की कि वह एक एक्सास्केल कंप्यूटर के विकास में ₤900 मिलियन का निवेश करेगी।

ताइवान
जून 2017 में, ताइवान के उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग के लिए राष्ट्रीय केंद्र ने जापान के फुजित्सु कॉर्पोरेशन से पूर्ण प्रौद्योगिकी हस्तांतरण के आधार पर एक नए मध्यस्थ सुपरकंप्यूटर के निर्माण के लिए वित्त पोषण करके पहले ताइवानी एक्सास्केल सुपरकंप्यूटर के डिजाइन और निर्माण की दिशा में प्रयास प्रारंभ किया, जो वर्तमान में सबसे तेज और सबसे शक्तिशाली कृत्रिम बुद्धिमत्ता का निर्माण कर रहा है। जापान में आधारित सुपरकंप्यूटर    इसके अतिरिक्त ताइवान में एक्सास्केल सुपरकंप्यूटिंग तकनीक के तेजी से विकास पर ध्यान केंद्रित करते हुए कई अन्य स्वतंत्र प्रयास किए गए हैं, जैसे कि फ़ॉक्सकॉन, जिसने वर्तमान में पूरे ताइवान में सबसे बड़ा और सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर डिजाइन और निर्मित किया है। इस नए फॉक्सकॉन सुपरकंप्यूटर को अत्याधुनिक एक्सास्केल सुपरकंप्यूटर के डिजाइन और निर्माण की दिशा में अनुसंधान और विकास में एक महत्वपूर्ण कदम के रूप में डिजाइन किया गया है।

भारत
2012 में, भारत सरकार ने 12वीं पंचवर्षीय योजना (भारत)|12वीं पंचवर्षीय योजना अवधि (2012-2017) के समय सुपरकंप्यूटिंग अनुसंधान के लिए 2.5 बिलियन अमेरिकी डॉलर देने का प्रस्ताव रखा था। इस परियोजना को भारतीय विज्ञान संस्थान (IISc), बैंगलोर द्वारा नियंत्रित किया जाना था। इसके अतिरिक्त, बाद में यह पता चला कि भारत एफएलओपीएस रेंज में प्रोसेसिंग पावर वाला एक सुपर कंप्यूटर विकसित करने की योजना बना रहा है। अनुमोदन के अगले पांच वर्षों के अंदर इसे सी-डैक द्वारा विकसित किया जाएगा। ये सुपर कंप्यूटर भारत में सी-डैक द्वारा स्वदेशी रूप से विकसित माइक्रोप्रोसेसरों का उपयोग करेंगे। 2023 में सीडीएसी की एक प्रस्तुति में यह परम शंख नाम से एक स्वदेशी रूप से विकसित एक्सास्केल सुपर कंप्यूटर बनाने की योजना है। परम शंख एक स्वदेशी 96 कोर, एआरएम आर्किटेक्चर-आधारित प्रोसेसर द्वारा संचालित होगा जिसे एयूएम (ॐ) नाम दिया गया है।

यह भी देखें

 * पेटास्केल कंप्यूटिंग
 * सुपर कंप्यूटर
 * सुपरकंडक्टिंग कंप्यूटिंग
 * न्यूरोमोर्फिक इंजीनियरिंग
 * बड़ा डेटा
 * परिमाण के क्रम के अनुसार कंप्यूटर का प्रदर्शन
 * ज़ेटास्केल कंप्यूटिंग

बाहरी संबंध

 * America’s Next Generation Supercomputer: The Exascale Challenge: Hearing before the Subcommittee on Energy, Committee on Science, Space, and Technology, House of Representatives, One Hundred Thirteenth Congress, First Session, Wednesday, May 22, 2013.
 * ExascaleProject.org