ในวงการดนตรีร็อก เรามักได้ยินข่าวลือเรื่องการเสียชีวิตของซูเปอร์สตาร์อยู่บ่อยครั้ง ทั้งที่พวกเขายังคงเดินสายทัวร์คอนเสิร์ตกันอย่างบ้าคลั่ง
โลกของเทคโนโลยีก็เช่นกัน กฎเหล็กอย่าง “Moore’s Law” ถูกประกาศว่าจะตายไปแล้วไม่ต่ำกว่า 20 ครั้งตลอดช่วงเวลาที่ผ่านมา
นักวิเคราะห์หลายคนต่างฟันธงว่า มันจบแล้ว เราไม่สามารถย่อส่วนชิปคอมพิวเตอร์ให้เล็กไปกว่านี้ได้อีก ขีดจำกัดทางฟิสิกส์กำลังขวางทางเราอยู่…
แต่วันนี้ที่ “Stanford” ใจกลางของ “Silicon Valley” จุดกำเนิดของนวัตกรรมเปลี่ยนโลก บรรยากาศกลับแตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง
เพราะที่นี่ “Moore’s Law” ไม่เพียงแต่ยังมีชีวิตอยู่ แต่มันกำลังกลายร่างเป็นสิ่งใหม่ที่ทรงพลังยิ่งกว่าเดิม
เรากำลังพูดถึงการเดินทางจากระดับ “2 nm” ไปสู่โลกใหม่ที่เราไม่เคยจินตนาการถึง
ตลอด 50 ปีที่ผ่านมา ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ตโฟนหรือแล็ปท็อปที่พวกเราใช้ทำงาน หรือแม้แต่สมองกลอัจฉริยะอย่าง “Chat GPT”
ทุกสิ่งล้วนถูกขับเคลื่อนด้วยสิ่งประดิษฐ์ขนาดจิ๋วเพียงชิ้นเดียวที่เรียกว่า “Transistor”
สวิตช์ระดับนาโนเหล่านี้ทำหน้าที่เปิดและปิดหลายพันล้านครั้งต่อวินาที เปรียบเสมือนหัวใจเต้นระรัวที่สูบฉีดเลือดไปเลี้ยงร่างกายดิจิทัลของเรา
เคยสังเกตไหมว่า ทำไมยักษ์ใหญ่อย่าง “NVIDIA” “Google” หรือ “Apple” ถึงพยายามสร้างชิปคอมพิวเตอร์เป็นของตัวเอง
คำตอบนั้นเรียบง่ายแต่ทรงพลัง เพราะสมรภูมิที่แท้จริงไม่ได้อยู่ที่ซอฟต์แวร์ แต่มันกำลังเกิดขึ้น “ภายใน” ตัวชิป
ลองดูสิ่งที่ “NVIDIA” กำลังทำ ชิป “Blackwell” รุ่นปัจจุบันของพวกเขาที่อัดแน่นไปด้วย “Transistor” หลายหมื่นล้านตัว
แต่สิ่งที่น่าตกใจยิ่งกว่าคือแพลตฟอร์มในอนาคตที่ชื่อว่า “Rubin”
พวกเขากำลังพูดถึงตัวเลขระดับ “1.3 quadrillion transistors” ที่อัดแน่นอยู่ในเซิร์ฟเวอร์เดียว…
เพื่อให้เห็นภาพ 1 quadrillion คือเลข 1 ตามด้วยศูนย์ 15 ตัว
ตัวเลขนี้มันมหาศาลจนแทบจะจินตนาการไม่ออก และนี่คือสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นจริงในขณะนี้
แต่มีความจริงข้อหนึ่งที่คนส่วนใหญ่มักมองข้ามไป
ในขณะที่ความสามารถของ AI เพิ่มขึ้นสองเท่าในทุกๆ 7 เดือน แต่ประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์พื้นฐานกลับโตตามไม่ทัน
ช่องว่างตรงนี้คือกุญแจสำคัญ หากเราแก้โจทย์นี้ไม่ได้ การปฏิวัติ AI ที่เราฝันถึงอาจจะต้องสะดุดลง
เพื่อให้เข้าใจว่าเราจะไปต่อได้อย่างไร เราต้องย้อนกลับไปมองรากฐานของมัน นั่นคือการออกแบบ “Transistor”
ในอดีตการออกแบบชิปนั้นเปรียบเสมือนการสร้างบ้านชั้นเดียวบนที่ดินกว้างๆ
เราเรียกเทคโนโลยีสมัยนั้นว่า “Planar Transistor” โครงสร้างมันเรียบง่าย เป็นแบบ 2 มิติแบนราบวางอยู่บนแผ่นซิลิคอน
หลักการทำงานก็เหมือนก๊อกน้ำ เรามีประตูที่เรียกว่า “Gate” คอยเปิดปิดยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
หน้าที่ของวิศวกรในยุคนั้นคือการย่อส่วน ทำให้ก๊อกน้ำนี้เล็กลง วางเรียงกันให้ชิดขึ้น
แต่แล้ววันหนึ่ง เทคโนโลยีนี้ก็วิ่งไปชนกำแพง…
เมื่อเราย่อก๊อกน้ำให้เล็กลงจนถึงจุดหนึ่ง เราพบว่าวาล์วเริ่มปิดน้ำไม่สนิท กระแสไฟฟ้าเกิดการรั่วไหล
แม้เราจะสั่งปิดสวิตช์แล้ว แต่ไฟฟ้าก็ยังไหลผ่านไปได้ เปรียบเหมือนก๊อกน้ำที่หยดติ๋งๆ ตลอดเวลา
นั่นหมายถึงความร้อนจี๋และการกินพลังงานมหาศาล “Planar Transistor” มาถึงทางตัน และนั่นคือจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่
วิศวกรต้องคิดใหม่ทำใหม่ ในเมื่อวางราบกับพื้นแล้วมันคุมไม่อยู่ พวกเขาจึงจับช่องทางเดินกระแสไฟ “ตั้งขึ้น”
จินตนาการเหมือนครีบฉลามที่โผล่พ้นน้ำ หรือครีบปลาที่ตั้งตระหง่านอยู่บนแผ่นซิลิคอน
เทคโนโลยีนี้จึงถูกเรียกว่า “FinFET”
การที่มีตัวคุม 3 ด้าน ทำให้เรากลับมาควบคุมการเปิดปิดไฟได้แม่นยำอีกครั้ง และนี่คือเทคโนโลยีที่ขับเคลื่อนโลกเรามาตลอดทศวรรษที่ผ่านมา
ชิปในมือถือที่พวกเราใช้อยู่ทุกวันนี้ ส่วนใหญ่ก็ยังสร้างบนพื้นฐานของ “FinFET”
แต่กฎของฟิสิกส์นั้นโหดร้ายและไม่เคยปรานีใคร
เหมือนนักวิ่งมาราธอนที่วิ่งมาไกลจนหมดแรง “FinFET” เองก็เริ่มเข้าสู่ขีดจำกัดเมื่อเราพยายามย่อมันให้เล็กกว่า “3 nm”
ปัญหาเดิมเริ่มกลับมาหลอกหลอน การควบคุมกระแสไฟเริ่มทำได้ยากขึ้น และพื้นที่เริ่มไม่เพียงพอ
ถึงเวลาที่ต้องปฏิวัติรูปทรงกันอีกครั้ง และนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในปีที่ผ่านมา
แทนที่จะเป็นครีบตั้ง เราจับมัน “นอนตะแคง” แล้วซ้อนกันเป็นชั้นๆ เหมือนแผ่นกระดาษ
เทคโนโลยีนี้คือ “Gate-all-around” หรือ “Nanosheet”
ความอัจฉริยะของมันคือ เมื่อเราจับแผ่นตัวนำนอนลง เราสามารถเอาตัว “Gate” เข้าไปหุ้มมันได้รอบทิศทางทั้ง 4 ด้าน
การสัมผัสที่มากขึ้นหมายถึงการควบคุมที่เด็ดขาดที่สุดเท่าที่เคยมีมา
นี่คือไม้ตายที่ “TSMC” กำลังเร่งผลิตให้กับลูกค้ารายใหญ่อย่าง “Apple” และ “AMD”
แต่เมื่ออัด “Transistor” ลงไป 300 ล้านตัวในพื้นที่เพียง 1 ตารางมิลลิเมตร ความวุ่นวายไม่ได้อยู่ที่ตัวชิปเพียงอย่างเดียว
แต่อยู่ที่การเดินสายไฟ…
ลองนึกภาพตึกระฟ้าที่มีคนอยู่มหาศาล แต่ท่อน้ำและสายไฟทั้งหมดต้องเดินลอยอยู่บนฝ้าเพดานชั้นบนสุด
มันยุ่งเหยิงและกินพื้นที่มหาศาล จนแทบไม่มีที่ว่างให้สัญญาณข้อมูลวิ่ง
วิศวกรจึงเกิดไอเดียที่บ้าบิ่นที่สุด นั่นคือ “Backside Power Delivery”
จากเดิมที่สายไฟและสายสัญญาณแย่งที่กันอยู่ด้านบน พวกเขาย้ายสายจ่ายไฟทั้งหมดลงไปไว้ใต้ดิน หรือด้านหลังของชิป
แล้วปล่อยให้ด้านบนเป็นที่วิ่งของสัญญาณข้อมูลล้วนๆ
การแยกถนนกันเดินแบบนี้ ทำให้การจ่ายไฟเสถียรขึ้น และสัญญาณวิ่งได้เร็วขึ้น นี่คือเทคโนโลยีที่จะเปลี่ยนโลก AI ในปีหน้า
แน่นอนว่าการจะสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนขนาดนี้ เราต้องการเครื่องมือที่แม่นยำระดับพระเจ้า
นี่คือบทบาทของเครื่องจักรจาก “ASML” ที่เรียกว่า “High NA EUV”
มันเปรียบเสมือนการเปลี่ยนจากพู่กันหัวใหญ่ มาเป็นปากกาเข็มที่มีความละเอียดระดับอะตอม
ทำให้เราวาดเส้นสายที่เล็กระดับนาโนเมตรลงไปได้
ทว่า… แม้จะมีเครื่องมือที่แพงระยับและดีไซน์ใหม่ล่าสุด แต่ “Silicon” เพื่อนยากที่อยู่กับเรามา 50 ปี กำลังจะบอกเลิกเรา
เมื่อเราย่อสเกลลงไปจนถึงระดับ “1 nm” หรือ “10 Angstroms”
คุณสมบัติของ “Silicon” จะเริ่มพังทลาย มันบางเกินไปจนไม่สามารถกักเก็บอิเล็กตรอนได้
เราจึงต้องเดินทางเข้าสู่บทใหม่ของเรื่องนี้ นั่นคือโลกยุค “Post-Silicon”
ในอนาคตอันใกล้ ตามแผนที่นำทางของ “imec” เราจะได้เห็นสถาปัตยกรรมที่เรียกว่า “CFET”
จำ “Nanosheet” ที่เราเอาแผ่นมาวางซ้อนกันได้ไหมครับ…
“CFET” คือการเอากองแผ่นเหล่านั้น มาวางซ้อนบนกองแผ่นอีกชุดหนึ่ง
เหมือนเรากำลังสร้างคอนโดมิเนียมซ้อนบนคอนโดมิเนียม เรากำลังขยายเมืองในแนวตั้งอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อประหยัดที่ดิน
และความท้าทายที่สุดคือการเปลี่ยนวัสดุ
ในทศวรรษหน้า เราอาจต้องบอกลา “Silicon” ในบางเลเยอร์ แล้วหันไปใช้วัสดุ 2 มิติ หรือ “2D Materials”
เช่น “Molybdenum disulfide” หรือ “Tungsten disulfide”
ความพิเศษของวัสดุพวกนี้คือ มันมีความหนาเพียง “หนึ่งอะตอม” เท่านั้น
แต่กลับนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยมและควบคุมการรั่วไหลได้ดีกว่า “Silicon” มหาศาล
มันคือวัสดุในฝันสำหรับการสร้างชิปในระดับอะตอม
แต่การทำงานกับวัสดุที่บางเท่าอะตอม เปรียบเสมือนการสร้างปราสาทจากแผ่นกระดาษทิชชูที่เปียกน้ำ
มันเปราะบางและยากต่อการผลิตอย่างเหลือเชื่อ
วิศวกรต้องเรียงมันให้ตรงเป๊ะในระดับ “Angstrom” ห้ามพลาดแม้แต่นิดเดียว เพราะนั่นหมายถึงชิปทั้งตัวจะใช้การไม่ได้
นอกจากตัวประมวลผลแล้ว อีกหนึ่งคอขวดที่สำคัญคือหน่วยความจำ
ปัจจุบัน คอมพิวเตอร์เราเร็วมาก แต่สมองส่วนความจำกลับตามไม่ทัน
เราเรียกภาวะนี้ว่า “Memory Wall” หรือกำแพงแห่งหน่วยความจำ
ต่อให้ “NVIDIA” สร้างชิปที่คำนวณเร็วแค่ไหน แต่ถ้าส่งข้อมูลไปให้มันไม่ทัน ความเร็วนั้นก็ไร้ความหมาย
แนวคิด “CMOS 2.0” จึงเกิดขึ้นเพื่อแก้ปัญหานี้
มันคือการเลิกยัดทุกอย่างลงบนแผ่นเดียวกัน แต่ใช้วิธีแยกชิ้นส่วนสร้าง แล้วนำมาประกอบกันแบบ 3 มิติ
เหมือนแซนด์วิช ชั้นหนึ่งเป็นสมองคำนวณ อีกชั้นเป็นความจำ อีกชั้นเป็นตัวจ่ายไฟ
การทำแบบนี้ทำให้เราสามารถใช้วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับแต่ละหน้าที่ได้ ไม่ต้องฝืนใช้ “Silicon” ทำทุกอย่างอีกต่อไป
แล้วทั้งหมดนี้… มันมีความหมายอย่างไรกับโลกการลงทุนและตัวเรา
ความซับซ้อนมหาศาลในการผลิตชิปจากระดับ “FinFET” สู่ “CFET” หมายความว่าต้นทุนในการผลิตชิปจะพุ่งสูงขึ้น
หมดยุคแล้วที่เทคโนโลยีจะถูกลงเรื่อยๆ ในอนาคต “Wafer” หนึ่งแผ่นจะมีราคาสูงลิ่ว
บริษัทที่จะอยู่รอดในเกมนี้ได้ ต้องเป็นบริษัทยักษ์ใหญ่ที่มีสายป่านยาวพอที่จะลงทุนในวิจัยและพัฒนา
เราจะเห็นการแบ่งขั้วที่ชัดเจนขึ้น ผู้เล่นอย่าง “TSMC” “Samsung” และ “Intel” จะต้องต่อสู้กันอย่างดุเดือด
เพราะใครที่ก้าวพลาดในเทคโนโลยีระดับ “Angstrom” อาจหมายถึงการหลุดจากวงโคจรไปตลอดกาล
สำหรับนักลงทุน นี่คือสัญญาณที่บอกว่าอุตสาหกรรม “Semiconductor” ยังเป็นเครื่องจักรการเติบโตของโลก
แต่อาจจะกระจุกตัวอยู่แค่ผู้ชนะไม่กี่ราย
เครื่องมืออย่าง “ASML” หรือ “Applied Materials” จะกลายเป็นผู้กุมชะตาชีวิตของห่วงโซ่อุปทานนี้
และสำหรับพวกเราในฐานะผู้ใช้งาน
การที่ “Moore’s Law” ยังไม่ตาย และกำลังกลายร่างไปสู่รูปแบบสามมิติที่ซับซ้อนขึ้น
หมายความว่าความฝันที่เราจะมี AI ที่ฉลาดล้ำเลิศ การแพทย์ที่แม่นยำ หรือโลกเสมือนจริงที่สมบูรณ์แบบ ยังคงมีความเป็นไปได้
เพียงแต่เส้นทางจากนี้ไป มันไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบ
แต่โรยด้วยอะตอมของวัสดุใหม่ๆ และความท้าทายทางวิศวกรรมที่ยากที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ
สิ่งที่เราเรียนรู้จาก “Stanford” ในวันนี้คือ มนุษย์ไม่เคยยอมจำนนต่อขีดจำกัด
เมื่อเราชนกำแพง เราไม่ได้หยุดเดิน แต่เราเลือกที่จะสร้างบันไดเพื่อปีนข้ามมันไป
และบันไดขั้นต่อไปที่ชื่อว่า “CFET” และชิปที่มี “Transistor” หลัก quadrillion ตัว ก็กำลังถูกสร้างขึ้นแล้ว
ในห้องแล็บที่ไหนสักแห่งบนโลกใบนี้…
References : [imec-int, asml, nvidia, tsmc, ieee]
