आईआईटी मद्रास के खुले SHAKTI प्रोसेसर से भारत की SCL फ़ैब में तीन चिप बन चुके हैं, 2018 के RIMO से 2025 में इसरो के साथ शुरू हुए IRIS स्पेस कंट्रोलर तक

11 फ़रवरी 2025 को आईआईटी मद्रास और इसरो ने घोषणा की कि IRIS, यानी अंतरिक्ष प्रणालियों के लिए एक 64-बिट कंट्रोलर चिप, डिज़ाइन हो चुकी है, बन चुकी है, पैकेज हो चुकी है, बोर्ड पर लग चुकी है और बूट हो चुकी है, और आईआईटी मद्रास के अनुसार यह सब भारत के भीतर हुआ। चिप SHAKTI पर बनी है, जो आईआईटी मद्रास के खुले प्रोसेसर डिज़ाइनों का परिवार है। संस्थान के निदेशक और SHAKTI परियोजना के प्रमुख प्रो. वी. कामकोटि ने कहा कि यह चंडीगढ़ की सेमी-कंडक्टर लेबोरेटरी (SCL) में बना तीसरा SHAKTI चिप है, इससे पहले 2018 में RIMO और 2020 में MOUSHIK बने थे।

SHAKTI प्रोसेसर डिज़ाइनों का ऐसा समूह है जिसे कोई भी पढ़ सकता है, नक़ल कर सकता है और बदल सकता है, और इनसे कई चिप बन चुके हैं। स्रोतों से पता चलता है कि यह परिवार क्या है, कौन-से चिप मौजूद हैं, SCL क्या बना सकती है, इसरो ने IRIS में क्या माँगा, और कोर के इर्द-गिर्द कौन-सा कार्यक्रम और कौन-सी कंपनियाँ खड़ी हुई हैं।

एक प्रोसेसर डिज़ाइन जिसे कोई भी पढ़ सकता है

हर प्रोसेसर एक इंस्ट्रक्शन सेट आर्किटेक्चर के हिसाब से चलता है, यानी उन संक्रियाओं की सूची जिन्हें वह समझता है। SHAKTI की प्रेरणा वाला पन्ना कहता है कि प्रचलित सेट लाइसेंस पर मिलते हैं: इंटेल अपना सेट गिने-चुने उपयोगकर्ताओं को लाइसेंस करता है, Arm लाइसेंस शुल्क और रॉयल्टी लेता है, और कुछ लाइसेंस 1 से 10 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक के हैं। RISC-V, जो कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले की एक शोध परियोजना से निकला, एक खुला मानक है, जिसके मंज़ूर विनिर्देश RISC-V इंटरनेशनल के अनुसार रॉयल्टी-मुक्त हैं। SHAKTI कोर इसी को लागू करते हैं। परियोजना के होम पेज के अनुसार SHAKTI घटकों का सोर्स कोड तीन-खंड वाले BSD लाइसेंस के तहत खुला है, जिसके बारे में कामकोटि ने 2019 के एक साक्षात्कार में कहा कि कोई भी टीम को बताए बिना डिज़ाइन में बदलाव कर सकता है। उन्होंने जोड़ा कि डिज़ाइन Bluespec SystemVerilog में लिखे गए हैं, जो एक हार्डवेयर डिस्क्रिप्शन भाषा है।

कामकोटि ने उसी साक्षात्कार में शुरुआत की अपनी वजह बताई। विदेश से ख़रीदा प्रोसेसर एक काला डिब्बा है, उन्होंने कहा: ख़रीदार यह पक्का कर सकता है कि वह वही करता है जो चाहिए, पर यह कभी नहीं कि वह और कुछ नहीं करता, इसलिए हर देश का अपना प्रोसेसर होना चाहिए। नाम उस पहले खुले प्रोसेसर से आया जिसे टीम ने देखा, यानी IBM का POWER। संस्कृत में power का अर्थ शक्ति है, उन्होंने कहा। टीम को OpenPOWER उतना खुला नहीं लगा जितनी उम्मीद थी, और वह RISC-V की ओर चली गई, और वे आईआईटी मद्रास को RISC-V फ़ाउंडेशन के शुरुआती संस्थापक सदस्यों में से एक बताते हैं।

स्रोत शुरुआत के तीन अलग वर्ष देते हैं। कामकोटि कार्यक्रम की तारीख़ 2012 बताते हैं। परियोजना की अपनी स्लाइडों के अनुसार SHAKTI का जन्म 2013 में हुआ, जब टीम ने इंस्ट्रक्शन सेटों की पड़ताल की और बर्कले ने उससे RISC-V अपनाने को कहा। परियोजना की वेबसाइट के अनुसार यह 2014 में एक अकादमिक पहल के रूप में शुरू हुई। इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MeitY) की फ़ंडिंग को स्लाइडें 2018 की बताती हैं, जब इंडिया माइक्रोप्रोसेसर डेवलपमेंट प्रोग्राम शुरू हुआ। कामकोटि ने 2019 में कहा कि उनके समूह को MeitY से लगभग 11 करोड़ रुपये का अनुदान मिला था और एक पूर्व छात्र ने लगभग एक मिलियन अमेरिकी डॉलर एक केंद्र के लिए प्रायोजित किए थे, जिसे उन्होंने C-DISHA कहा। आईआईटी मद्रास की 2025 की विज्ञप्ति परियोजना को प्रताप सुब्रह्मण्यम सेंटर फ़ॉर डिजिटल इंटेलिजेंस एंड सिक्योर हार्डवेयर आर्किटेक्चर में रखती है।

तीन वर्ग के कोर

प्रोसेसर वाला पन्ना आकार के हिसाब से सजा एक परिवार बताता है। E वर्ग तीन-चरण वाला, क्रम से चलने वाला एम्बेडेड कोर है, जो स्मार्ट कार्ड, मोटर नियंत्रण और रोबोट जैसे कम बिजली वाले कामों के लिए है। C वर्ग पाँच-चरण वाला, क्रम से चलने वाला कंट्रोलर कोर है, जिसमें मेमोरी मैनेजमेंट है, जो लिनक्स चला सकता है और जिसका लक्ष्य 0.5 से 1.5 GHz की क्लॉक रेंज है। I वर्ग में क्रम से बाहर चलने की सुविधा और मल्टीथ्रेडिंग जुड़ती है, और उसका लक्ष्य 1.5 से 2.5 GHz है। मल्टीकोर और सर्वर-उन्मुख वर्ग, और टैग्ड मेमोरी तथा दोष-सहनशीलता के दो प्रयोगात्मक वर्ग, उसी पन्ने पर योजना या शोध के रूप में बताए गए हैं।

चिप, ओरेगन से चंडीगढ़ तक

आईआईटी मद्रास ने, जैसा IANS ने रिपोर्ट किया, 2018 के SCL चिपों को पूरी तरह भारत में डिज़ाइन और निर्मित पहला RISC-V माइक्रोप्रोसेसर बताया। कामकोटि ने 2019 में योजना का वर्णन किया: डिज़ाइन आईआईटी मद्रास की RISE प्रयोगशाला में, निर्माण SCL में, और सत्यापन संस्थान में बने एक मदरबोर्ड पर। उन्होंने जोड़ा कि दोनों चिप, इंटेल वाला और SCL वाला, लगभग छह महीने के अंतर में बने।

प्रक्रिया रफ़्तार की सीमा तय करती है। कामकोटि ने 2019 में कहा कि 180 nm, यानी SCL जो प्रक्रिया चलाती है, 100 MHz तक दे सकती है, और फ़ैब के छोटे जोड़ों के बाद शायद 150 से 200 MHz। 2018 की घोषणा पर IANS की रिपोर्ट ने दर्ज किया कि कई अनुप्रयोगों को 200 MHz से कम के प्रोसेसर चाहिए।

SCL क्या है

सेमी-कंडक्टर लेबोरेटरी ख़ुद को MeitY के अधीन एक स्वायत्त निकाय और देश की अकेली एकीकृत उपकरण निर्माण सुविधा बताती है, जिसमें डिज़ाइन, फ़ैब्रिकेशन, पैकेजिंग, परीक्षण और विश्वसनीयता आश्वासन आते हैं। यह पहले सेमीकंडक्टर कॉम्प्लेक्स लिमिटेड नाम का एक सरकारी उद्यम थी, और 1 सितंबर 2006 को अंतरिक्ष विभाग के अधीन प्रयोगशाला में बदल दी गई। इसका प्रशासनिक नियंत्रण 7 फ़रवरी 2022 की अधिसूचना के तहत अंतरिक्ष विभाग से MeitY को चला गया। IANS की 2018 की रिपोर्ट SCL को इसरो की बताती है, जो उन वर्षों से मेल खाता है जब वह अंतरिक्ष विभाग के अधीन थी।

SCL का कहना है कि उसके पास 180 nm CMOS नोड पर JEDEC मानक से प्रमाणित 8-इंच की वेफ़र लाइन है, जिसमें 1.8 V, 1.8/3.3 V या 1.8/5 V के आपूर्ति विकल्प और चार से छह एल्युमीनियम मेटल परतें हैं, साथ ही सूक्ष्म-विद्युत-यांत्रिक उपकरणों के लिए 6-इंच की एक लाइन। आईआईटी मद्रास की विज्ञप्तियाँ SCL को चंडीगढ़ में रखती हैं और एक PIB विज्ञप्ति मोहाली में। इंडिया सेमीकंडक्टर मिशन के तहत स्वीकृत व्यावसायिक चिप संयंत्र, जो अलग कार्यक्रम है, सेमीकंडक्टर फ़ैब की दौड़ वाले लेख में समेटे गए हैं।

IRIS, इसरो में सोचा गया एक कंट्रोलर

IRIS का पूरा रूप है Indigenous RISC-V Controller for Space Applications। आईआईटी मद्रास की विज्ञप्ति कहती है कि विचार तिरुवनंतपुरम की इसरो की इनर्शियल सिस्टम्स यूनिट (IISU) से आया, जिसने 64-बिट RISC-V कंट्रोलर का प्रस्ताव रखा और विनिर्देश पर आईआईटी मद्रास के साथ काम किया। विन्यास इसरो के अभियानों में इस्तेमाल होने वाले सेंसरों और प्रणालियों की साझा ज़रूरतों से तय हुआ। SHAKTI कोर के साथ दोष-सहनशील आंतरिक मेमोरी जोड़ी गई, और अंतरिक्ष प्रणालियों में काम आने वाले विशेष मॉड्यूल जोड़े गए: एक CORDIC इकाई (त्रिकोणमितीय गणना के लिए हार्डवेयर खंड), वॉचडॉग टाइमर और उन्नत सीरियल बस। कई बूट मोड और मेमोरी विस्तार इंटरफ़ेस आगे के अभियानों के लिए गुंजाइश छोड़ते हैं। परियोजना का टेप-आउट पन्ना कोर को 17 mm गुणा 17 mm के, 219-पिन बॉल ग्रिड पैकेज में 180 nm CMOS के C वर्ग डिज़ाइन के रूप में सूचीबद्ध करता है।

विज्ञप्ति श्रृंखला की हर कड़ी का नाम लेती है। SCL ने चिप बनाया। टाटा एडवांस्ड सिस्टम्स ने उसे कर्नाटक के पेरजेनहल्ली में पैकेज किया। गुजरात की PCB Power ने मदरबोर्ड बनाया, चेन्नई की Syrma SGS ने उसे जोड़ा और चढ़ाया, और आईआईटी मद्रास ने सॉफ़्टवेयर लिखा और उसे बूट किया। SCL के महानिदेशक कमलजीत सिंह ने कहा कि चिप SCL की 180 nm तकनीक में बना, जिसमें मास्क फ़्रेम डिज़ाइन, GDS तैयारी और परीक्षण शामिल हैं, और वेफ़र-स्तर का सत्यापन SCL में आईआईटी मद्रास टीम के साथ हुआ।

इसरो के अध्यक्ष डॉ. वी. नारायणन ने इसे सेमीकंडक्टर डिज़ाइन और निर्माण में “मेक इन इंडिया” का मील का पत्थर कहा। उन्होंने यह भी कहा:

इस कंट्रोलर पर आधारित एक उत्पाद का उड़ान परीक्षण जल्द करने की योजना है और प्रदर्शन की पुष्टि की जाएगी।

इस लेख के लिए खोले गए स्रोतों में से कोई भी 5 नवंबर 2026 तक किसी उड़ान परिणाम की रिपोर्ट नहीं देता।

कार्यक्रम और उसके इर्द-गिर्द की कंपनियाँ

27 अप्रैल 2022 को MeitY ने डिजिटल इंडिया RISC-V (DIR-V) कार्यक्रम की घोषणा की, जिसके पड़ाव थे दिसंबर 2023 तक SHAKTI और C-DAC के VEGA प्रोसेसरों के लिए व्यावसायिक सिलिकॉन और डिज़ाइन जीत। कामकोटि को मुख्य आर्किटेक्ट और एस. कृष्णकुमार राव को कार्यक्रम प्रबंधक नामित किया गया। सुपरकंप्यूटरों पर C-DAC का पहले का काम PARAM वाले लेख में बताया गया है।

17 नवंबर 2023 की एक PIB विज्ञप्ति ने कार्यक्रम के तहत टेप-आउट गिनाए: SCL में 180 nm पर और इंटेल में 22 nm पर 32-बिट और 64-बिट SHAKTI प्रोसेसर, SCL में 180 nm पर आईआईटी बॉम्बे का 32-बिट AJIT प्रोसेसर, और Silterra में 130 nm पर और 64-बिट संस्करण के लिए SCL में 180 nm पर VEGA प्रोसेसर। उसी विज्ञप्ति ने कहा कि C-DAC ने VEGA चिप पर ARIES डेवलपमेंट बोर्डों की एक श्रृंखला बनाई। 20 मार्च 2025 को MeitY ने DIR-V ग्रैंड चैलेंज की घोषणा की, जिसके केंद्र में VEGA और SHAKTI प्रोसेसर हैं और आवेदन 10 अप्रैल से खुलने थे।

कंपनियों ने कोरों पर निर्माण शुरू कर दिया है। परियोजना की स्लाइडें पहल से निकले पाँच स्टार्टअप गिनाती हैं, जिनमें से तीन 2021 में: Mindgrove, Securweave और Vyoma। RISC-V इंटरनेशनल का 2023 का ब्लॉग कहता है कि Mindgrove अपने चिपों में SHAKTI कोर इस्तेमाल करती है और InCore Semiconductors RISC-V प्रोसेसर कोर विकसित करती है। Mindgrove, जो 2021 में स्थापित हुई और आईआईटी मद्रास में इनक्यूबेट हुई, कहती है कि उसने अपना Secure IoT चिप मई 2024 में लॉन्च किया। उसके उत्पाद पन्ने पर 28 nm प्रक्रिया पर 700 MHz का एक अकेला 64-बिट SHAKTI C वर्ग कोर सूचीबद्ध है, जिसमें हार्डवेयर एन्क्रिप्शन, सिक्योर बूट और मूल्यांकन बोर्ड तथा स्टैम्प मॉड्यूल हैं।

रिकॉर्ड में क्या खुला रह जाता है

“पहला” शब्द आईआईटी मद्रास की 2018 की घोषणा का है, जिसे IANS ने यह कहते हुए रिपोर्ट किया कि SCL के चिप पूरी तरह भारत में डिज़ाइन और निर्मित पहला RISC-V माइक्रोप्रोसेसर हैं। एक साल बाद कामकोटि ने ज़्यादा सीमित बात कही: “हमने आईआईटी से कोई माइक्रोप्रोसेसर फ़ैब्रिकेट नहीं किया है,” उन्होंने कहा, चिपों को उसकी तुलना में बहुत छोटा बताते हुए, और प्रोसेसर से लिनक्स बूट करवाने को उन्होंने सबसे कठिन हिस्सा कहा।

इसरो के अध्यक्ष ने फ़रवरी 2025 में जिस IRIS उड़ान परीक्षण को नियोजित बताया था, उसका इस लेख के लिए खोले गए स्रोतों में 5 नवंबर 2026 तक कोई प्रकाशित परिणाम नहीं है। तीनों SCL चिप 180 nm डिज़ाइन हैं, जिस प्रक्रिया को SCL अपना आधार मानती है, और 28 nm का Mindgrove चिप कोरों को बारीक नोड पर दिखाता है, हालाँकि वे स्रोत नहीं बताते कि वह कहाँ बनता है।