หากถึงทางตัน อะไรจะเป็นเทคโนโลยีประมวลผลต่อจากเซมิคอนดักเตอร์

7 นาโนเมตร 3 นาโนเมตร 1 นาโนเมตร ขณะนี้เทคโนโลยีการวาดลวดลายบนซิลิกอนกำลังมาถึงทางตัน เมื่อความกว้างของทรานซิสเตอร์เหลือเพียงไม่กี่สิบอะตอมซิลิกอน แล้วเทคโนโลยีอะไรจะเป็นเทคโนโลยีถัดไปเพื่อใช้การประมวลผลแบบดิจิทัล บทความนี้จะพาไปสำรวจเทคโนโลยีที่จะมาเป็นตัวแทนการประมวลผลที่เราอาจจะเลือกใช้ในวันหน้า

สิ่งหนึ่งที่เราต้องรู้คือเทคโนโลยีที่เราจะเลือกใช้สำหรับการเป็นหน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์ในยุคหน้ายังเป็นสิ่งที่ไม่ชัดเจน เพราะในวันนี้มีตัวเลือกของเทคโนโลยีประมวลผลอยู่หลายประเภทด้วยกันและไม่มีเทคโนโลยีไหนที่มีท่าทีที่จะชนะขาดจากอีกเทคโนโลยีหนึ่ง

หนึ่งในเทคโนโลยีที่ได้รับความสนใจมากที่สุดในเวลานี้คือ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ ถึงแม้จะขึ้นชื่อว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์แต่ก็ถูกสร้างบนสถาปัตยกรรมหลากหลายเทคโนโลยี เช่น Superconducting Qubits, Trapped Ions, Photonic Quantum Computing หรือ Topological Quantum Computing ซึ่งในเวลานี้ Superconducting Qubits ดูจะเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความสนใจจากบริษัทเทคโนโลยีและมีพัฒนาการคืบหน้ามากที่สุด แต่โดยพื้นฐานแล้วทุกสถาปัตยกรรมนั้นออกแบบเพื่อรักษาสภาพของการพัวพันเชิงควอนตัมให้อยู่ในหน่วยของการประมวลผลเพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากควอนตัมได้

ควอนตัมคอมพิวเตอร์เป็นเหมือนกับหอคอยที่ทุกคนใฝ่ฝันไปให้ถึงยอด เพื่อถือครองเทคโนโลยีนี้ให้ได้เป็นคนแรก แต่การจะปีนขึ้นไปยังหอคอยแห่งนี้เต็มไปด้วยขวากหนามที่ต้องฝ่าฟันด้วยการทำวิจัย ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีหรือสถาปัตยกรรมใดก็ตามที่กล่าวมาข้างต้น เช่น การรักษาคุณสมบัติพัวพันเชิงควอนตัมระหว่างหน่วยประมวลผล การตรวจหาและแก้ไขข้อผิดพลาดของการประมวลผล หรือการเพิ่มหน่วยประมวลผล เทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาเพื่อมารองรับปัญหาเหล่านี้ดำเนินไปอย่างเชื่องช้าเนื่องจากควอนตัมคอมพิวเตอร์เป็นสิ่งใหม่ ดังนั้นความคืบหน้าในการพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์จึงเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปและยังไม่สามารถนำมาใช้งานได้จริงในชีวิตประจำวันหรือแม้แต่ในภาคอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้ จึงมีการประเมินว่าหากเทคโนโลยีควอนตัมคอมพิวเตอร์จะถูกนำมาใช้งานได้จริงก็อาจจะกินระยะเวลามากกว่า 10 ปี

และเมื่อโลกยังไปไม่ถึงจุดที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะสามารถนำมาใช้งานได้จริงในชีวิตประจำวัน แต่เทคโนโลยีบนซิลิกอนก็ใกล้จะถึงทางตันแล้ว เทคโนโลยีในยุครอการเปลี่ยนผ่านจากดิจิทัลคอมพิวเตอร์สู่การเป็นควอนตัมคอมพิวเตอร์ จึงเป็นสิ่งที่ถูกหยิบมาพูดถึงมากยิ่งขึ้น สองเทคโนโลยีที่ถูกหยิบยกขึ้นมาพูดถึงเป็นอย่างมากในเวลานี้ ได้แก่ คอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลด้วยแสง (Optical Computing) และการประมวลผลเมทริกซ์แบบแอนะล็อก (Analog Matrix Processing)

Optical Computing ถูกหยิบยกมาพูดถึงมากขึ้นเนื่องจากทางจีนมีความสนใจในการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมคอมพิวเตอร์ด้วย Photonic Quantum Computing ซึ่งใช้คุณสมบัติทางแสงมาประมวลผลเชิงควอนตัม จุดเด่นของ Photonic Quantum Computing คือการที่หน่วยประมวลผลไม่จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิ ณ ศูนย์สัมบูรณ์เพื่อรักษาสถานะพัวพันเชิงควอนตัม ดังนั้นหากใครสามารถครอบครองเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยแสงได้ก็จะสามารถเข้าใกล้กับการพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ได้อีกขั้น

แม้เรามักจะได้ยินว่า Optical Computing สามารถทำงานได้ดีกว่า การประมวลผลด้วยเซมิคอนดักเตอร์เพราะแสงเคลื่อนที่ได้ไวกว่าอิเล็กตรอน นั่นเป็นจริงแค่ส่วนหนึ่ง สิ่งที่ทำให้ Optical Computing สามารถประมวลผลได้เร็วกว่าคือสมบัติทางแสงที่ถูกหยิบมาใช้ในการประมวลผล ทั้งการสั่นพ้อง การแทรกสอด การเปลี่ยนเฟสของคลื่นแสง และการประมวลผลที่สามารถทำได้พร้อมกันมากกว่าหนึ่งการประมวลผลโดยการใช้แสงในหลายความยาวคลื่นได้ นี่คือสิ่งที่ทำให้ Optical Computing เหนือกว่าเซมิคอนดักเตอร์แบบเดิม ๆ หลายเท่า อีกทั้งยังใช้พลังงานในการประมวลผลที่ต่ำกว่า เหมาะกับการทำงานแบบขนาน (Parallel Computing) อีกทั้งความเป็นไปได้ในการเพิ่มจำนวนบนหนึ่งหน่วยประมวลผลยังง่ายกว่าการทำ Qubit ของควอนตัมคอมพิวเตอร์ จึงทำให้เทคโนโลยีนี้เป็นอีกหนึ่งหน่วยประมวลผลที่น่าจะตามอง

การประมวลผลเมทริกซ์แบบแอนะล็อก (Analog Matrix Processing) เป็นอีกหน่วยประมวลผลที่เพิ่งมาได้รับความสนใจในช่วงเวลานี้อันเนื่องมาจากการขยายตัวของความต้องการหน่วยประมวลผล AI ที่ต้องการหน่วยประมวลผลเมทริกซ์ประสิทธิภาพสูงจำนวนมาก

ตามเดิมคอมพิวเตอร์แบบแอนะล็อกไม่นำมาใช้ในการคำนวณเนื่องมาจากความไม่แน่นอนของการประมวลผลแบบแอนะล็อก ที่ทำให้ไม่สามารถเชื่อถือหน่วยประมวลผลเหล่านั้นได้ อีกทั้งยังเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวน และการประมวลผลยังขึ้นกับรูปแบบของการวางวงจรไฟฟ้า ไม่สามารถยืดหยุ่นได้เหมือนกับดิจิทัลคอมพิวเตอร์ แต่ข้อดีอันน่ามหัศจรรย์ของแอนะล็อกคอมพิวเตอร์นั้นคือมันประมวลผลได้เร็วมากผ่านการสั่นพ้องของคลื่นสัญญาณไฟฟ้า และแอนะล็อกคอมพิวเตอร์กินไฟต่ำกว่าดิจิทัลคอมพิวเตอร์อย่างมหาศาล ดังนั้นถ้าดึงประสิทธิภาพการประมวลผลแบบแอนะล็อกมาใช้งานควบคู่กับดิจิทัลคอมพิวเตอร์พื้นฐานก็จะเร่งการประมวลผลได้อย่างมาก

การควบรวมแอนะล็อกคอมพิวเตอร์กับดิจิทัลคอมพิวเตอร์ด้วยกันเป็นแนวคิดที่มีมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1960 แต่ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นจากความต้องการหน่วยประมวลผลเมทริกซ์สำหรับ AI และยังมีเป็นไปได้จริงจากการพัฒนาเทคโนโลยีตัวต้านทานปรับค่าได้ขนาดเล็ก ซึ่งปัจจุบันมีบริษัทสตาร์ตอัปที่ผลิตและพัฒนาเทคโนโลยีนี้อยู่ เช่น Mythic ที่กำลังพัฒนาและวางขายเทคโนโลยีนี้เพื่อแข่งขันกับหน่วยประมวลผลอื่น ๆ เช่น การ์ดจอ

การเข้าใกล้จุดตันของเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมนั้นเปิดโอกาสให้การพัฒนาหน่วยประมวลผลคอมพิวเตอร์เกิดการแข่งขันขึ้นอีกครั้ง ซึ่ง ณ เวลานี้ยังไม่มีใครสามารถฟันธงได้ว่าเทคโนโลยีไหนจะเป็นผู้ชนะในสงครามเทคโนโลยีประมวลผลนี้ได้ แม้แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์เองก็มีอีกหลายเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังและแตกต่างกันทั้งสิ้น ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่น่าสนใจมากว่าเทคโนโลยีไหนจะชนะและสามารถถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน คล้ายกับในอดีตที่มีการแข่งขันระหว่างเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์แบบ เซมิคอนดักเตอร์กับหลอดสุญญากาศ ซึ่ง เซมิคอนดักเตอร์เป็นฝ่ายชนะและมีการนำมาใช้งานยาวนานกว่า 60 ปีดังทุกวันนี้

เทคโนโลยีนี้ถูกใช้งานมา 60 ปีแล้วดังนั้นมันจึงไม่แปลกใจที่มนุษยชาติเดินทางมาถึงจุดเปลี่ยนผ่านทางเทคโนโลยีที่สำคัญอีกยุคหนึ่ง และเราจะผ่านไปพร้อมกับผู้ชนะที่ครั้งนี้อาจจะมีมากกว่าหนึ่งเทคโนโลยี

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech