50 ปี กฎของมัวร์

Intel CPUs

 

19 เมษายนที่ผ่านมา ครบรอบ 50 ปีของกฎของมัวร์ หรือ Moore’s Law ครับ ซึ่งแม้จะเรียกว่าเป็นกฎ แต่จริงๆ แล้ว เป็นข้อสังเกตของ กอร์ดอน มัวร์ หนึ่งในผู้ก่อตั้งร่วมของ Intel ซึ่งเขียนไว้ในวารสาร Electronics เมื่อครั้งเขายังเป็นพนักงานของบริษัท FairChild ว่า จำนวนทรานซิสเตอร์ภายในชิปประมวลผลนั้นจะมีมากขึ้นเป็นเท่าตัวทุกๆ 2 ปี (ซึ่งมีคนตีความหมายโดยนัยว่าคือ ประสิทธิภาพจะเพิ่มเป็นสองเท่านั่นเอง) ซึ่งผลคือ กฎของมัวร์นี้กลายมาเป็นเหมือนกับเป้าหมายที่มีไว้พุ่งชนของทั้ง Intel และหลายๆ บริษัท ที่จะต้องไปให้ถึงเป้าหมายให้ได้

 

กฎของมัวร์ยังศักดิ์สิทธิ์อยู่ไหม?

เนื่องในวันครบรอบ 50 ปีของกฎของมัวร์ กอร์ดอน มัวร์ ก็ได้ให้สัมภาษณ์เกี่ยวกับเรื่องนี้ โดยบอกว่ากฎของมัวร์นั้นแม่นยำกว่าที่เขาคาดเอาไว้ในตอนแรกซะอีก ซึ่งจริงๆ แล้ว แม้ว่าจำนวนทรานซิสเตอร์จะไม่ได้เพิ่มสองเท่า แต่ความเร็วของไมโครโปรเซสเซอร์แสดงให้เห็นว่าเราวิ่งจาก 740KHz มาที่ระดับ 3-4GHz ภายในระยะเวลาพัฒนาแค่ราวๆ 40 ปีเท่านั้น ซึ่งเรียกว่าแรงขึ้นกว่าสี่พันเท่าเลยทีเดียวเชียวนะเอง

 

 

แต่หากมองแบ่งออกเป็นช่วงเวลาแล้ว จะเห็นว่าพัฒนาการของซีพียูในช่วงแรกๆ ความเร็วมันพุ่งไปไวมาก โดยเริ่มจากช่วงปี 1970s ที่ซีพียูพัฒนาจากความเร็ว 740KHz ไปอยู่ที่แถวๆ 8MHz … แต่หากพิจารณาช่วงปี ค.ศ. 2000 – 2009 นี่จะเห็นว่าความเร็วนั้นแค่พัฒนาจาก 1.3GHz มาที่แถวๆ 2.8GHz เท่านั้นเอง หรือพูดง่ายๆ ผ่านไป 10 ปี ความเร็วเพิ่มขึ้นมาแค่เท่าตัว

ยิ่งหากพิจารณาว่าจำนวนทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นเท่าตัวทุกปีแล้วละก็ จากปีแรกไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกของ Intel คือ 4004 ออกมา มีทรานซิสเตอร์ 2300 ตัว ถ้าเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัวทุกๆ ปี จนถึงตอนนี้ ผ่านไปแล้ว 44 ปี จำนวนทรานซิสเตอร์ก็ควรจะมีมากกว่า 1 พันล้านตัวไปนานแล้ว … ฉะนั้นหากเราตีความไปที่จำนวนของทรานซิสเตอร์อย่างเดียว ก็ต้องบอกว่ากฎนั้นไม่ได้แม่นยำแล้วเช่นกัน

 

เปรียบเทียบพัฒนาการประสิทธิภาพของ MacBook Pro เทียบกับกฎของมัวร์

ที่มา: Read Write

 

Matt Asay ได้เขียนไว้ในบทความ Moore’s Law Is Dead! (But Not In Mobile) เอาไว้ โดยมีการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ MacBook Pro ให้ดู เทียบกับประสิทธิภาพที่ควรจะเป็นหากเป็นไปตามกฎของมัวร์ จะเห็นว่ากฎของมัวร์นั้นนำหน้าประสิทธิภาพของอุปกรณ์จริงๆ ไปแล้ว

 

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของหน่วยประมวลผลของอุปกรณ์พกพาเทียบกับกฎของมัวร์

ที่มา: Read Write

 

แต่อย่างไรก็ดี Matt Asay ก็ชี้ว่าแม้กฎของมัวร์จะไม่ได้แม่นยำอะไรแล้วในผลิตภัณฑ์ในกลุ่มพีซี แต่หากพิจารณาไปที่อุปกรณ์พกพาแล้ว กฎของมัวร์ก็ยังใช้ได้อยู่ (จริงๆ แล้วต้องบอกว่ายังดีอยู่มาก) โดยเมื่อลองเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ iPhone และ iPad กับสิ่งที่น่าจะเป็นหากพิจารณาจากกฎของมัวร์แล้ว ประสิทธิภาพของ iPhone และ iPad นั้นสูงกว่ากฎของมัวร์มากมาย

*** แต่ขอบอกก่อนว่าข้อมูลประสิทธิภาพดังกล่าว ประเมินด้วยโปรแกรม Geekbench นะครับ ***

แต่นั่นก็ไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร เพราะสมัยนั้น แม้แต่มัวร์เองก็คิดว่าชิปหน่วยประมวลผลระดับไฮโซสุดๆ จะมีทรานซิสเตอร์อยู่ราวๆ 1-2 ร้อยล้านตัว แต่ก็อย่างที่ทราบกันว่าปัจจุบันชิปเซ็ต Intel Gen 5 ล่าสุดมีทรานซิสเตอร์อยู่ 1.3 พันล้านตัวเลยทีเดียว และเมื่อซักหกปีก่อน ก็มีกระแสข่าวว่าการพัฒนาหน่วยประมวลผลกำลังจะมาถึงขีดสุด (ตอนนั้นสถาปัตยกรรมการผลิตชิปเซ็ตอยู่ที่ 45 นาโนเมตร) เพราะปัญหาเรื่องการออกแบบ ที่ต้องระวังทั้งเรื่องความร้อน และค่าใช้จ่ายในการผลิต แต่สุดท้าย ด้วยเทคโนโลยีต่างๆ ทั้งก็ทำให้ปัจจุบันนี้ เราสามารถทะลุทะลวงมาอยู่ที่สถาปัตยกรรมระดับ 14 นาโนเมตรได้แล้ว

 

Moores Law Timeline

 

เพื่อฉลองครบรอบ 50 ปีกฎของมัวร์ Intel เขาเลยทำ Infographic ที่แสดงให้พัฒนาการของชิปประมวลผลเพื่อเปรียบเทียบกับกฎของมัวร์ตามด้านบนนี่แหละครับ (ต้องขอย้ำก่อนว่า Intel ก็ยังคงเชื่อว่ากฎของมัวร์ยังไม่ตาย และพยายามจะพัฒนากระบวนการผลิตเพื่อให้กฎของมัวร์ยังคงถูกต้องต่อไปนะครับ)

 

ขีดจำกัดของการพัฒนาชิปบนซิลิกอน และทางเลือก

ในระหว่างพัฒนาการชิปเซ็ตในช่วงหลายสิบปีมานี้ มีขีดจำกัดให้ต้องฟันฝ่าเยอะครับ เช่น การเปลี่ยนจาก NMOS (n-channel MOSFET) มาเป็น CMOS (Complementary MOS) ในปี ค.ศ.1985 หรือเปลี่ยนจากการใช้อลูมิเนียมมาเป็นทองแดงในปี ค.ศ.1995 เรื่อยมาจนถึง 3D Tri-Gate Transister ในชิปรุ่นล่าสุดในปัจจุบัน ทั้งหมดก็เพื่อให้สามารถขจัดปัญหาด้านความร้อนที่เกิดขึ้น กินพลังงานน้อยลง ได้กระบวนการผลิตที่ขนาดเล็กลง จนล่าสุดอยู่ที่ 14nm แล้ว และคาดการณ์กันว่าจะก้าวไปสู่ 10nm, 7nm และอาจจะไปตันจนได้ที่ 5nm ในที่สุด

จากนั้น การพัฒนาชิปโดยมีซิลิกอนเป็นวัสดุก็จะถึงทางตันจริงๆ ซะที และเป็นทางตันที่ไม่น่าจะก้าวข้ามไปได้อีกแล้ว เพราะมันจะถึงขีดจำกัดด้านกายภาพของวัสดุจริงๆ ครับ ซึ่งหากจะพัฒนาชิปเซ็ตให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นไปได้อีก ก็คงจะมีแต่การเปลี่ยนไปใช้วัสดุอื่นๆ เช่น กราฟีน (Graphene) หรือ เปลี่ยนรูปแบบการประมวลผลไปเลย เช่น เปลี่ยนไปใช้ DNA Computing หรือ Quantum Computing เป็นต้น

ณ ตอนนี้ ที่พอจะเห็นทางไปได้ชัดที่สุด ก็น่าจะเป็น การเปลี่ยนไปใช้กราฟีนครับ เพราะจะช่วยให้ผลิตทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงไปได้อีก ซึ่งสามารถลงไปได้ถึงระดับอะตอมเดียว หรือเรียกว่า Single-atom Transistor เลย (เรื่องนี้มีการเขียนถึงในวารสาร Nature Nanotechnology ในปี 2012) แม้ว่าจะยังไม่สามารถผลิตในระดับ Commercial ได้ แต่นักวิจัยก็สามารถทำได้แล้ว (IBM ได้จดสิทธิบัตรทรานซิสเตอร์ขนาด 1 อะตอม ที่ส่งสัญญาณไฟฟ้าได้เร็วกว่าซิลิกอน 1,000 เท่าไปแล้วในปี ค.ศ.2013)

สุดท้ายจะเป็นอย่างไรนั้น หลังปี ค.ศ.2020 ก็น่าจะได้รู้กันครับ

@kafaak

ในอดีตเมื่อครั้งยังไม่ต๊อกต๋อย เคยเป็นผู้บริหารฝ่ายผลิตของโรงงานอุตสาหกรรม แต่ภายหลังเลือกงานที่ให้เวลากับชีวิต เพื่อมาอัพเดตเทรนด์เทคโนโลยีมากกว่า ปัจจุบันเป็นทั้งไอทีต๊อกต๋อยในสถานศึกษา เป็นบล็อกเกอร์ต๊อกต๋อยที่เขียนไปเรื่อยทั้งเรื่องเทคโนโลยี โซเชียลมีเดีย การตลาดดิจิตอล และจิตวิทยา เป็นที่ปรึกษาด้านการตลาดดิจิตอลให้กับธุรกิจ SMEs หลายแห่ง และเป็นวิทยากรรับเชิญด้านเทคโนโลยี การตลาดดิจิตอล และโซเชียลมีเดีย เป็นบางครา

2 Responses

  1. Hongsuda says:

    My professor assigns us to read and write about Moore’s Law. I spent three days reading it in English and then felt like WHAT THE HECK IS MOORE’S LAW. So, I decided to read it in my language. Thank you to you that make it so clear and now I can start to write my paper.

    Thank you again!

Leave a Reply

%d bloggers like this: