หากเราลองมองย้อนกลับไปในหน้าประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ จะพบว่าการก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่ มักเริ่มต้นจากการค้นพบวัสดุใหม่เสมอ
ยุคหิน ยุคสัมฤทธิ์ ยุคเหล็ก จนกระทั่งมาถึงยุคปัจจุบันที่เรากำลังใช้ชีวิตอยู่
ซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยธาตุชนิดหนึ่งที่หาได้ทั่วไปตามท้องตลาด นั่นคือทราย หรือที่เรารู้จักกันในชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า “Silicon”
ตลอด 50 ปีที่ผ่านมา “Silicon” ทำหน้าที่เป็นหัวใจสำคัญของชิปคอมพิวเตอร์ เปลี่ยนโลกจากเครื่องคำนวณขนาดเท่าห้องนอน ให้กลายเป็นสมาร์ตโฟนในมือเราที่มีพลังประมวลผลมากกว่ายานอวกาศที่ไปดวงจันทร์เสียอีก
กฎของ “Moore’s Law” ที่ทำนายว่าจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สองปี ได้ทำหน้าที่ของมันอย่างซื่อตรงมาตลอดหลายทศวรรษ
ทำให้เราเชื่อกันว่าคอมพิวเตอร์จะเร็วขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด
แต่ในโลกของความเป็นจริง งานเลี้ยงย่อมมีวันเลิกรา…
วันนี้โลกเทคโนโลยีกำลังเดินทางมาถึงจุดที่น่าตกใจ เพราะเรากำลังชนกำแพงทางฟิสิกส์เข้าอย่างจัง
ไม่ใช่เพราะเราไม่สามารถสร้างสมองกลที่ฉลาดกว่านี้ได้ แต่เป็นเพราะเส้นเลือดที่ใช้ส่งข้อมูลภายในนั้น กำลังจะรับมือไม่ไหว
ปัญหาที่ว่านี้ ไม่ได้อยู่ที่ตัวทรานซิสเตอร์ แต่อยู่ที่ “สายไฟ”
ลองจินตนาการภาพตามว่า สมมติเรามีรถสปอร์ตที่เร็วที่สุดในโลกอย่าง “Porsche 911 GT3 RS” ซึ่งเปรียบเสมือนชิปประมวลผลรุ่นใหม่ล่าสุดที่ทรงพลังมหาศาล
แต่เรากลับต้องขับรถคันนี้บนถนนดินลูกรังบนภูเขาที่เต็มไปด้วยโคลนตม แถมถนนยังแคบเสียจนรถแทบจะเบียดกันวิ่ง…
ถนนที่ว่านี้ คือสายไฟโลหะขนาดจิ๋วที่ทำจากทองแดง ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อทรานซิสเตอร์นับล้านล้านตัวเข้าด้วยกันภายในชิปเพียงตัวเดียว
เมื่อเราพยายามยัดเยียดความฉลาดลงไปในพื้นที่เท่าเล็บมือ สายไฟพวกนี้ก็ต้องเล็กลงตามไปด้วย
เล็กลงจนถึงระดับที่อิเล็กตรอนเบียดเสียดกันจนเกิด “ความต้านทาน” มหาศาล
ผลลัพธ์ที่ตามมาคือ ความร้อนที่พุ่งสูงขึ้น และความเร็วที่ตกลง
นี่คือสาเหตุที่ว่าทำไม Data Center ของบริษัทเทคโนโลยีรดับโลกอย่าง “Google” หรือ “Microsoft” ถึงต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามหาศาลพอๆ กับประเทศเล็กๆ หนึ่งประเทศ เพื่อหล่อเลี้ยงระบบเหล่านี้
และพลังงานส่วนใหญ่ที่เสียไป ไม่ได้ใช้ในการคำนวณข้อมูล แต่เสียไปกับการพยายามผลักดันกระแสไฟฟ้า ให้วิ่งผ่านสายทองแดงเส้นเล็กจิ๋วที่กำลังเป็นคอขวดของโลกยุคดิจิทัล
คำถามที่น่าสนใจคือ ในเมื่อ “Silicon” และทองแดง พาเรามาไกลได้แค่นี้ แล้วก้าวต่อไปของมนุษยชาติคืออะไร…
คำตอบอาจจะไม่ได้อยู่บนพื้นดิน แต่อยู่ในสิ่งที่เร็วกว่านั้น นั่นคือ “แสง”
ในทางฟิสิกส์ เรารู้อยู่แล้วว่าไม่มีสิ่งใดในจักรวาลที่เคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง
และข้อดีที่สุดของแสง หรือ “Photons” คือมันไม่มีมวล ไม่มีความต้านทาน และไม่สร้างความร้อนในแบบที่อิเล็กตรอนทำ
แนวคิดในการใช้แสงแทนไฟฟ้าเพื่อส่งข้อมูลภายในชิปคอมพิวเตอร์ หรือที่เรียกว่า “Silicon Photonics” จึงเป็นความฝันของนักวิทยาศาสตร์มาอย่างยาวนาน
แต่ฝันนั้นก็ยังไม่เป็นจริงเสียที เพราะ “Silicon” เป็นวัสดุที่ไม่ค่อยเป็นมิตรกับแสงเท่าไรนัก มันควบคุมยาก
และอุปกรณ์ที่ใช้จัดการกับแสงบนชิปซิลิคอนมักจะมีขนาดใหญ่เทอะทะ กินพื้นที่ และสิ้นเปลือง
โลกจึงต้องการฮีโร่คนใหม่… และฮีโร่คนนั้นมีชื่อว่า “Graphene”
ย้อนกลับไปไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีวัสดุชนิดหนึ่งที่วงการวิทยาศาสตร์ต่างยกย่องว่าเป็นวัสดุมหัศจรรย์
มันคือแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงแค่หนึ่งอะตอม เรียงตัวกันเป็นรูปทรงรังผึ้งหกเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบ
ความพิเศษของ “Graphene” นั้นเหลือเชื่อ มันแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้า แต่ยืดหยุ่นและเบาบาง
แต่สิ่งที่ทำให้มันกลายเป็นกุญแจสำคัญของเรื่องนี้ คือคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแสง
อิเล็กตรอนสามารถวิ่งผ่าน “Graphene” ได้ด้วยความเร็วสูงมาก ราวกับว่าพวกมันไม่มีมวล
และที่สำคัญที่สุดคือ “Graphene” สามารถควบคุมแสงได้อย่างแม่นยำในระดับนาโนสเกล
เมื่อเรานำ “Graphene” มาผสมผสานกับเทคโนโลยีแสง เราจะได้ชิปคอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อน
ลองนึกภาพอุปกรณ์ชิ้นเล็กๆ ที่เรียกว่า “Mach-Zehnder Interferometer” ซึ่งมีหน้าที่เหมือนทางแยกของถนน
ปกติแล้วเราจะยิงแสงเข้าไป แล้วแยกแสงออกเป็นสองทาง ก่อนจะให้มันกลับมารวมกันที่ปลายทาง
หากเราใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไปกระตุ้น “Graphene” เพียงนิดเดียว เราจะสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของแสงในเส้นทางนั้นได้
และเมื่อแสงกลับมารวมกัน มันจะเกิดการหักล้างหรือเสริมกัน กลายเป็นสัญญาณดิจิทัล 0 และ 1
นี่คือวิธีการแปลงข้อมูลดิจิทัลให้เป็นแสง ซึ่งด้วยคุณสมบัติของ “Graphene” เราสามารถทำสิ่งนี้ได้เร็วกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันถึง 100 เท่า โดยใช้พลังงานน้อยลงมหาศาล…
แต่ความน่าตื่นเต้นไม่ได้หยุดอยู่แค่การส่งข้อมูลให้เร็วขึ้น
เพราะศักยภาพที่แท้จริงของมัน คือการเปลี่ยนวิธีการ “คำนวณ” ของคอมพิวเตอร์ไปตลอดกาล
ในโลกยุคปัจจุบันที่ “AI” เข้ามามีบทบาทสำคัญ เบื้องหลังความฉลาดของปัญญาประดิษฐ์เหล่านี้ คือคณิตศาสตร์รูปแบบหนึ่งที่เรียกว่า “Matrix Multiplication”
มันคือการนำตัวเลขจำนวนมหาศาลมาคูณกันและบวกกันซ้ำๆ เป็นพันล้านครั้งต่อวินาที
ซึ่งคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมต้องเสียเวลาดึงข้อมูล ไปคำนวณ แล้วเก็บกลับมา ทำแบบนี้ทีละขั้นตอน
แต่ด้วยชิปแสงที่ทำจาก “Graphene” เราสามารถทำสิ่งที่เรียกว่า “Analog Computing”
อธิบายให้เข้าใจง่ายที่สุดคือ แทนที่เราจะเอาตัวเลขดิจิทัลมานั่งคูณกันทีละตัว เรากลับใช้วิธีการปรับความเข้มของแสง ให้วิ่งผ่านตัวกลางที่กำหนดค่าไว้
แสงที่วิ่งออกมาที่ปลายทาง จะมีค่าความเข้มเท่ากับผลลัพธ์ของการคูณนั้นทันที…
กระบวนการนี้เกิดขึ้นด้วยความเร็วแสง และเกิดขึ้นพร้อมกันได้หลายพันช่องสัญญาณ โดยที่ข้อมูลไม่ต้องหยุดรอ
นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมบริษัทสตาร์ตอัปหน้าใหม่ไฟแรงอย่าง “Lightmatter” หรือ “Black Semiconductor” ถึงกล้าประกาศท้าชนยักษ์ใหญ่ ด้วยการสร้างชิปที่ประมวลผลด้วยแสง
หากทำสำเร็จ เรากำลังพูดถึงคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน แบบเทียบกันไม่ติดฝุ่น
และปัญหารถติดบนถนนลูกรังที่พูดถึงในตอนแรก ก็จะหายไปในพริบตา เพราะเราได้เปลี่ยนถนนลูกรัง ให้กลายเป็นทางด่วนแสงที่ไร้ขีดจำกัด
อย่างไรก็ตาม ในโลกธุรกิจและการลงทุน หนทางสู่ความสำเร็จไม่เคยโรยด้วยกลีบกุหลาบ
คำถามสำคัญที่หลายคนคงสงสัยคือ ถ้า “Graphene” ดีจริงขนาดนี้ ทำไมเราถึงยังไม่เห็นมันอยู่ในคอมพิวเตอร์หรือโทรศัพท์มือถือของเราเสียที
คำตอบของเรื่องนี้อยู่ที่คำว่า “Scalability” หรือความสามารถในการผลิตจำนวนมาก
การสร้าง “Graphene” คุณภาพสูงชิ้นเล็กๆ ในห้องแล็บนั้นเป็นเรื่องหนึ่ง
แต่การผลิตแผ่น “Graphene” ขนาดใหญ่เท่าแผ่นเวเฟอร์ เพื่อนำมาตัดแบ่งเป็นชิปนับล้านตัว โดยห้ามมีตำหนิแม้แต่นิดเดียว เป็นหนังคนละม้วน
วงการเซมิคอนดักเตอร์คือวงการที่เสพติดความสมบูรณ์แบบ
โรงงานผลิตชิปมูลค่าหมื่นล้านเหรียญของ “TSMC” หรือ “Intel” ถูกออกแบบมาอย่างประณีตเพื่อรองรับ “Silicon”
ทุกขั้นตอน ตั้งแต่การฉายแสง การกัดกรด ไปจนถึงการบรรจุภัณฑ์ ล้วนถูกปรับแต่งมาเพื่อวัสดุชนิดเดียวมานานกว่า 50 ปี
การจะบอกให้โรงงานเหล่านี้รื้อเครื่องจักรทิ้งทั้งหมด เพื่อเปลี่ยนมาใช้ “Graphene” จึงเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ในทางเศรษฐศาสตร์ มันทั้งแพง เสี่ยง และใช้เวลานานเกินไป
นี่ยังไม่นับรวมธรรมชาติของ “Graphene” ที่มักจะมีข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ เกิดขึ้นเสมอเมื่อพยายามผลิตแผ่นใหญ่
ซึ่งในโลกของชิปคอมพิวเตอร์ เพียงแค่อะตอมเดียวที่ผิดพลาด ก็อาจหมายถึงชิปทั้งตัวใช้งานไม่ได้
นี่คือหุบเหวแห่งความตาย ที่กั้นขวางระหว่างงานวิจัยรางวัลโนเบล กับสินค้าที่วางขายได้จริงในตลาด
แต่ในวิกฤตย่อมมีโอกาสเสมอ และมนุษย์เราไม่เคยยอมแพ้ต่ออุปสรรคทางวิศวกรรม
เราเริ่มเห็นสัญญาณที่ดีจากผู้เล่นหน้าใหม่ อย่าง “Black Semiconductor” ในเยอรมนี ที่ไม่ได้แค่ฝันหวาน แต่พวกเขากำลังลงมือสร้างโรงงานผลิตเป็นของตัวเอง
พวกเขากำลังวางรากฐานของอุตสาหกรรมใหม่ เพื่อผลิต “Graphene” ในระดับ Mass Production โดยตั้งเป้าที่จะเริ่มสายการผลิตจริงภายในไม่กี่ปีข้างหน้านี้
ในขณะเดียวกัน ยักษ์ใหญ่อย่าง “TSMC” เองก็ไม่ได้นิ่งนอนใจ พวกเขากำลังทดสอบระบบ “Hybrid” ซึ่งเป็นการพบกันครึ่งทาง
แทนที่จะทิ้งทองแดงไปทั้งหมด พวกเขาเลือกที่จะค่อยๆ นำ “Graphene” เข้ามาผสมผสานในจุดที่เป็นคอขวดสำคัญ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยไม่ต้องรื้อระบบโรงงานใหม่ทั้งหมด
นี่คือกลยุทธ์การเปลี่ยนผ่านแบบค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งเป็นโมเดลที่ประสบความสำเร็จเสมอในโลกเทคโนโลยี ไม่ใช่การปฏิวัติแบบหักดิบ แต่เป็นการวิวัฒนาการที่ยั่งยืน
หากมองในมุมของนักลงทุน เรากำลังยืนอยู่บนรอยต่อของยุคสมัยที่สำคัญที่สุดครั้งหนึ่ง
เหมือนกับช่วงเวลาที่เราเปลี่ยนจากหลอดสุญญากาศขนาดใหญ่ มาเป็นทรานซิสเตอร์ตัวจิ๋ว
วันนี้เรากำลังจะเปลี่ยนจากยุคของอิเล็กตรอน มาสู่ยุคของโฟตอน
ความต้องการชิปสำหรับ “AI” ที่พุ่งสูงขึ้นอย่างบ้าคลั่ง เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชั้นดีที่ทำให้เงินทุนมหาศาลไหลเข้าสู่งานวิจัยด้านนี้
บริษัทอย่าง “NVIDIA” อาจจะเป็นผู้ชนะในวันนี้จากการขายชิปแบบเดิม
แต่ในอนาคตที่กฎของฟิสิกส์เริ่มบีบคั้น ผู้ที่จะครอบครองตลาด “AI” ที่แท้จริง อาจเป็นใครก็ตามที่สามารถไขปริศนาการผลิต “Graphene” ได้สำเร็จ
เราอาจจะต้องใช้เวลาอีกสักพัก กว่าจะได้เห็นเทคโนโลยีนี้แพร่หลายในอุปกรณ์ทั่วไป แต่ทิศทางของลมได้เปลี่ยนไปแล้ว
“Silicon” ที่รับใช้เรามาอย่างยาวนาน กำลังเข้าสู่วัยชราที่เรี่ยวแรงเริ่มถดถอย ในขณะที่คลื่นลูกใหม่อย่าง “Graphene” และแสง กำลังก่อตัวขึ้นอย่างเงียบๆ แต่ทรงพลัง
ไม่มีเทคโนโลยีใดที่จะอยู่ค้ำฟ้า และผู้ที่มองเห็นอนาคตก่อนใคร คือผู้ที่จะคว้าโอกาสในการเปลี่ยนแปลงโลกครั้งนี้ไปครอง
เมื่อยุคสมัยของทรายสิ้นสุดลง ยุคสมัยของคาร์บอนและแสง… ก็กำลังจะเริ่มต้นขึ้น…
References : [blacksemiconductor, lightmatter, nature, spectrum .ieee, techcrunch]
