भारतीय विज्ञान संस्थान (आईआईएससी) के शोधकर्ताओं ने एक मस्तिष्क-प्रेरित एनालॉग कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म विकसित किया है जो एक आणविक फिल्म के भीतर आश्चर्यजनक 16,500 संचालन स्थितियों में डेटा को संग्रहीत और संसाधित करने में सक्षम है।आज जर्नल में प्रकाशितप्रकृतियह सफलता पारंपरिक डिजिटल कंप्यूटरों की तुलना में एक बड़े कदम का प्रतिनिधित्व करती है जिसमें डेटा भंडारण और प्रसंस्करण केवल दो राज्यों तक सीमित है।

ऐसा प्लेटफ़ॉर्म संभावित रूप से बड़े भाषा मॉडल (एलएलएम) को प्रशिक्षित करने जैसे जटिल एआई कार्यों को लैपटॉप और स्मार्टफ़ोन जैसे व्यक्तिगत उपकरणों में ला सकता है, इस प्रकार हमें एआई टूल के विकास को लोकतांत्रिक बनाने के करीब ले जा सकता है।ऊर्जा-कुशल हार्डवेयर की कमी के कारण ये विकास वर्तमान में संसाधन-भारी डेटा केंद्रों तक ही सीमित हैं।सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स संतृप्ति के करीब पहुंचने के साथ, मस्तिष्क-प्रेरित त्वरक को डिजाइन करना जो तेजी से वितरित करने के लिए सिलिकॉन चिप्स के साथ काम कर सकता है, अधिक कुशल एआई भी महत्वपूर्ण होता जा रहा है।

अनुसंधान दल का नेतृत्व करने वाले आईआईएससी के सेंटर फॉर नैनो साइंस एंड इंजीनियरिंग (सीईएनएसई) के सहायक प्रोफेसर श्रीतोष गोस्वामी बताते हैं, "न्यूरोमोर्फिक कंप्यूटिंग में एक दशक से अधिक समय से अनसुलझी चुनौतियों का उचित हिस्सा रहा है।""इस खोज के साथ, हमने लगभग संपूर्ण प्रणाली हासिल कर ली है - एक दुर्लभ उपलब्धि।"

अधिकांश एआई एल्गोरिदम में अंतर्निहित मौलिक संचालन काफी बुनियादी है - मैट्रिक्स गुणन, हाई स्कूल गणित में पढ़ाई जाने वाली एक अवधारणा।लेकिन डिजिटल कंप्यूटरों में, इन गणनाओं में बहुत अधिक ऊर्जा खर्च होती है।आईआईएससी टीम द्वारा विकसित प्लेटफॉर्म समय और ऊर्जा दोनों को काफी कम कर देता है, जिससे ये गणनाएं बहुत तेज और आसान हो जाती हैं।

मंच के केंद्र में आणविक प्रणाली को सीईएनएसई के विजिटिंग प्रोफेसर गोस्वामी द्वारा डिजाइन किया गया था।जैसे-जैसे अणु और आयन एक भौतिक फिल्म के भीतर हिलते-डुलते हैं, वे अनगिनत अद्वितीय स्मृति अवस्थाएँ बनाते हैं, जिनमें से कई अब तक अप्राप्य हैं।अधिकांश डिजिटल उपकरण केवल दो अवस्थाओं (उच्च और निम्न चालकता) तक पहुंचने में सक्षम हैं, बिना संभावित मध्यवर्ती अवस्थाओं की अनंत संख्या में टैप करने में सक्षम हैं।

सटीक समय पर वोल्टेज पल्स का उपयोग करके, आईआईएससी टीम ने बड़ी संख्या में आणविक आंदोलनों का प्रभावी ढंग से पता लगाने का एक तरीका खोजा, और इनमें से प्रत्येक को एक अलग विद्युत संकेत पर मैप किया, जिससे विभिन्न राज्यों की एक व्यापक "आणविक डायरी" बनाई गई।

"इस परियोजना ने रसायन शास्त्र की रचनात्मकता के साथ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग की सटीकता को एक साथ लाया, जिससे हमें आणविक गतिशीलता को बहुत सटीक रूप से नियंत्रित करने में मदद मिलीइलेक्ट्रॉनिक सर्किटनैनोसेकंड वोल्टेज पल्स द्वारा संचालित," गोस्वामी बताते हैं।

इन छोटे आणविक परिवर्तनों का उपयोग करके टीम को एक अत्यधिक सटीक और कुशल न्यूरोमॉर्फिक त्वरक बनाने की अनुमति मिली, जो मानव मस्तिष्क के समान, एक ही स्थान पर डेटा को संग्रहीत और संसाधित कर सकता है।ऐसे त्वरक को उनके प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता को बढ़ावा देने के लिए सिलिकॉन सर्किट के साथ सहजता से एकीकृत किया जा सकता है।

टीम के सामने एक प्रमुख चुनौती विभिन्न संचालन स्थितियों को चिह्नित करना था, जो मौजूदा उपकरणों का उपयोग करना असंभव साबित हुआ।टीम ने एक कस्टम सर्किट बोर्ड डिज़ाइन किया जो अभूतपूर्व सटीकता के साथ इन व्यक्तिगत स्थितियों को इंगित करने के लिए वोल्ट के दस लाखवें हिस्से जितना छोटा वोल्टेज माप सकता है।

टीम ने इस वैज्ञानिक खोज को एक तकनीकी उपलब्धि में भी बदल दिया।वे जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप डेटा से नासा की प्रतिष्ठित "सृजन के स्तंभ" छवि को फिर से बनाने में सक्षम थे - मूल रूप से एक सुपर कंप्यूटर द्वारा बनाई गई - सिर्फ एक टेबलटॉप कंप्यूटर का उपयोग करके।वे पारंपरिक कंप्यूटरों के लिए आवश्यक समय और ऊर्जा के एक अंश पर भी ऐसा करने में सक्षम थे।

टीम में आईआईएससी के कई छात्र और शोधार्थी शामिल हैं।दीपक शर्मा ने सर्किट और सिस्टम डिज़ाइन और इलेक्ट्रिकल लक्षण वर्णन का प्रदर्शन किया, शांति प्रसाद रथ ने संश्लेषण और निर्माण को संभाला, बिद्याभूषण कुंडू ने गणितीय मॉडलिंग का काम संभाला और हरिविग्नेश एस ने जैव-प्रेरित न्यूरोनल प्रतिक्रिया व्यवहार तैयार किया।टीम ने टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय के प्रोफेसर स्टेनली विलियम्स और लिमरिक विश्वविद्यालय के प्रोफेसर डेमियन थॉम्पसन के साथ भी सहयोग किया।

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह सफलता एआई हार्डवेयर में भारत की सबसे बड़ी छलांगों में से एक हो सकती है, जो देश को वैश्विक प्रौद्योगिकी नवाचार के मानचित्र पर लाएगी।नवकांत भट्ट, सीईएनएसई में प्रोफेसर और विशेषज्ञसिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्सइस परियोजना में सर्किट और सिस्टम डिज़ाइन का नेतृत्व किया।

वह बताते हैं, "सबसे बड़ी बात यह है कि हमने जटिल भौतिकी और रसायन विज्ञान की समझ को एआई हार्डवेयर के लिए अभूतपूर्व तकनीक में कैसे बदल दिया है।""भारत सेमीकंडक्टर मिशन के संदर्भ में, यह विकास एक गेम-चेंजर हो सकता है, औद्योगिक, उपभोक्ता और रणनीतिक अनुप्रयोगों में क्रांति ला सकता है। ऐसे अनुसंधान के राष्ट्रीय महत्व को कम करके आंका नहीं जा सकता है।"

इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय के समर्थन से, आईआईएससी टीम अब पूरी तरह से स्वदेशी एकीकृत न्यूरोमॉर्फिक चिप विकसित करने पर ध्यान केंद्रित कर रही है।

गोस्वामी जोर देकर कहते हैं, "सामग्री से लेकर सर्किट और सिस्टम तक, यह पूरी तरह से घरेलू प्रयास है।""हम इस तकनीक को सिस्टम-ऑन-ए-चिप में अनुवाद करने की राह पर हैं।"