จากผ้าคลุมล่องหนของแฮรี่ พอตเตอร์ นำไปสู่ชิปคอมพิวเตอร์แห่งอนาคต

ผ้าคลุมล่องหนของแฮรี่ พอตเตอร์ เป็นผลผลิตจากความคิดของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ที่ได้สร้างความประทับใจผู้คนไปทั่วโลก แต่นักวิจัยของมหาวิทยาลัยยูทาห์ได้สร้างอุปกรณ์ที่ทำงานเหมือนผ้าคลุมล่องหนเพื่อใช้เป็นส่วนประกอบในชิปคอมพิวเตอร์ชนิดใหม่ที่มีขนาดเล็กกว่าและมีประสิทธิภาพดีกว่าชิปที่ใช้อยู่ในปัจจุบันหลายเท่า

ทุกวันนี้เครื่องคอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน และศูนย์ข้อมูล (Data Center) ทั้งหลาย จะทำงานด้วยซิลิคอนชิป (Silicon Chip) แต่ในอนาคตจะถูกเปลี่ยนไปใช้โฟโตนิกชิป (Photonic Chip) ซึ่งทำงานเร็วกว่า ใช้พลังงานน้อยกว่า และร้อนน้อยกว่า ขณะนี้โฟโตนิกชิปกำลังได้รับการพัฒนาก้าวหน้าเป็นอย่างมาก

ซิลิคอนชิปทำงานด้วยกระแสไฟฟ้า ส่งผ่านข้อมูลโดยอิเลคตรอน ส่วนโฟโตนิกชิปทำงานด้วยแสงและส่งผ่านข้อมูลโดยโฟตอน ภายในชิปมีอุปกรณ์โฟโตนิกขนาดเล็กจิ๋วเป็นพันล้านตัว ทำหน้าที่คล้ายกับทรานซิสเตอร์ที่มีเป็นพันล้านตัวเช่นกันในซิลิคอนชิป

ปัญหาอย่างหนึ่งของโฟโตนิกชิปก็คือถ้าอุปกรณ์โฟโตนิกสองตัวอยู่ใกล้กันมากเกินไปจะทำงานไม่ได้ผล เนื่องจากจะมีแสงเล็ดลอดออกมาแล้วไปรบกวนตัวอื่น คล้ายกับการรบกวนของคลื่นวิทยุ ถ้าให้อุปกรณ์โฟโตนิกอยู่ห่างกันเพื่อแก้ปัญหานี้ก็จะได้ชิปที่มีขนาดใหญ่เกินไป

Rajesh Menon และทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยยูทาห์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหานี้โดยใส่แผ่นกั้นระหว่างอุปกรณ์โฟโตนิกทำจากซิลิกอนที่ใช้ลวดลายนาโนแบบพิเศษ ทำหน้าที่คล้ายผ้าคลุมทำให้อุปกรณ์แต่ละตัวไม่เห็นตัวอื่น

“หลักการที่เราใช้คล้ายกับผ้าคลุมล่องหนของแฮรี่ พอตเตอร์” Menon กล่าว “แสงใดๆก็ตามที่เข้ามายังอุปกรณ์จะถูกสะท้อนกลับไปคล้ายกับไม่มีอุปกรณ์อยู่ มันคล้ายกับกำแพง มันจะผลักแสงกลับไปยังที่เดิม”

ดังนั้นจึงสามารถแพ็คอุปกรณ์โฟโตนิกหลายพันล้านตัวลงไปในชิปตัวเดียวได้ ซึ่งจะทำให้ชิปมีประสิทธิภาพเพิ่มมากยิ่งขึ้น และเนื่องจากโฟโตนิกชิปใช้แสงในการส่งข้อมูลแทนการใช้อิเลคตรอน จึงอาจใช้พลังงานน้อยกว่าชิปแบบเดิมเป็น 10 ถึง 100 เท่า ซึ่งเหมาะมากที่จะใช้กับศูนย์ข้อมูลที่ใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างมหาศาล

photonic-chip-2

Menon เชื่อว่าในช่วงแรกโฟโตนิกชิปจะถูกนำไปใช้กับศูนย์ข้อมูลใหญ่ๆอย่างเช่น Google และ Facebook จากผลการศึกษาพบว่าศูนย์ข้อมูลเฉพาะในสหรัฐอเมริกาใช้ไฟฟ้าในปี 2014 จำนวนทั้งสิ้น 70 พันล้านยูนิต หรือคิดเป็นประมาณ 1.8 % ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดของสหรัฐฯ และคาดว่าตัวเลขจะขึ้นไปถึง 4 %  ในปี 2020

“การเปลี่ยนจากอิเล็กทรอนิกส์ไปเป็นโฟโตนิกส์ทำให้เราสามารถสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และในที่สุดจะส่งผลอย่างมากต่อการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการใช้พลังงานสำหรับทุกๆอย่าง” Menon กล่าว “มันมีผลกระทบอย่างมหาศาลและมีคนจำนวนมากกำลังพยายามทำให้สำเร็จ”

ในขณะนี้อุปกรณ์โฟโตนิกส่วนใหญ่จะถูกใช้กับอุปกรณ์ทางทหารระดับไฮเอนด์ Menon คาดว่าโฟโตนิกชิปจะถูกนำมาใช้ในศูนย์ข้อมูลภายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

 

ข้อมูลและภาพจาก   utahbusiness, phys.org


Leave a Reply

Your email address will not be published.