ชิปคอมพิวเตอร์คืออะไร
ชิปคอมพิวเตอร์เป็นแแผ่นวัสดุกึ่งตัวนำขนาดเล็กที่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ฝังอยู่ โดยจะประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กหลายล้านชิ้นที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ซึ่งทำหน้าที่ส่งสัญญาณข้อมูล แต่เดิมชิปมีขนาดใหญ่มาก การประมวลผลข้อมูลจึงทำได้ในห้องปฏิบัติการระดับชาติ มหาวิทยาลัย หรือบริษัทขนาดใหญ่เท่านั้น ต่อมา นวัตกรรมเทคโนโลยีชิปคอมพิวเตอร์ทำให้เกิดการพัฒนาหน่วยประมวลผลประสิทธิภาพสูงที่ขับเคลื่อนการใช้งานทุกประเภท ทั้งด้านการวิเคราะห์ขั้นสูง กราฟิก และแมชชีนเลิร์นนิง เมื่อชิปคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง การสร้างคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กเพื่อใช้ตามบ้านก็เป็นไปได้ ทุกวันนี้ ชิปคอมพิวเตอร์อยู่กับเราทุกหนแห่งในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่ในไมโครเวฟไปจนถึงแปรงสีฟัน
การผลิตชิปคอมพิวเตอร์เป็นอย่างไร
โดยทั่วไปชิปคอมพิวเตอร์จะผลิตในโรงงานที่เรียกว่าโรงงานประกอบชิป (Fabrication Plant) หรือ Fab ชิปผลิตจากซิลิคอนซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีทั่วไปที่พบได้ในทราย ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำ หมายความว่ามีความสามารถในการนำไฟฟ้าต่ำกว่าโลหะอย่างทองแดง แต่สูงกว่าฉนวนไฟฟ้าอย่างกระจก
กระบวนการผลิตชิปสรุปได้ดังนี้
การสกัดและขึ้นรูปซิลิคอน
แท่งผลึกซิลิคอนจะได้มาจากการหลอมละลายทรายและทำให้บริสุทธิ์ แท่งซิลิคอนที่ได้จะมีความบริสุทธิ์เกือบ 100% จากนั้นแท่งจะถูกตัดเป็นชิปที่มีความบางเหมือนแผ่นเวเฟอร์ แล้วทำความสะอาด ขัด และเคลือบด้วยสารซิลิคอนไดออกไซด์ แผ่นซิลิคอนจะผ่านการเคลือบสารเคมีที่เรียกว่าสารไวแสงอีกชั้นหนึ่งเพื่อเพิ่มความไวต่อแสง ในขั้นตอนนี้จะมีการป้องกันอย่างเข้มงวดเพื่อไม่ให้มีฝุ่นหรือสิ่งแปลกปลอมใดๆ ปนเปื้อนบนแผ่นซิลิคอน เมื่อแผ่นซิลิคอนพื้นฐานพร้อมแล้ว ขั้นตอนต่อไปจะเป็นการกัดวงจรไฟฟ้า
การกัดแผงวงจร
แผ่นซิลิคอนจะถูกปิดด้วยเพลตที่มีรูปแบบของแผงวงจร โดยเพลตนี้เรียกว่าหน้ากาก จากนั้นจะมีการฉายแสงอัลตราไวโอเลตไปที่แผ่นซิลิคอน แสงจะกัดสารไวแสงในส่วนที่ไม่ได้ถูกปิดโดยหน้ากากเพื่อสร้างรูปแบบแผงวงจรบนแผ่นซิลิคอน ก๊าซร้อนจะละลายสารที่สัมผัสแสงและเผยสารซิลิคอนไดออกไซด์ที่อยู่ข้างล่าง รูปแบบ 3 มิติจะปรากฏบนแผ่นซิลิคอน ซึ่งเป็นแบบเดียวกันกับรูปแบบแผงวงจรของหน้ากากที่ใช้
ในกระบวนการผลิตชิป การกัดเป็นขั้นตอนที่จะกำจัดชั้นสารเคมีออกจากแผ่นซิลิคอน ส่วนการเติมสารเป็นขั้นตอนการเติมสิ่งเจือปนเพื่อปรับคุณสมบัติของแผ่นซิลิคอน ชิปคอมพิวเตอร์ชิ้นหนึ่งอาจผ่านกระบวนการกัดและเติมสารอาจมีการทำซ้ำเป็นร้อยๆ รอบเพื่อสร้างแผงจงจรรวมที่ซับซ้อนขึ้น
ชิปคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไร
ชิปคอมพิวเตอร์ทำงานโดยการส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า
วงจรรวมแบบอะนาล็อก
วงจรแบบอะนาล็อกจะส่งสัญญาณที่แตกต่างกันอย่างต่อเนื่องในระยะเวลาหนึ่ง สัญญาณเอาต์พุตจะเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของอินพุตที่มีแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนโดยตรง วงจรรวมประเภทนี้ใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ต่างๆ เช่น ตัวจับเวลา อุปกรณ์เปรียบเทียบ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า และตัวขยายแรงดันไฟฟ้า ชิปอะนาล็อกอยู่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสวีป เครื่องกำเนิดสัญญาณ เครื่องขยายเสียง และฟิลเตอร์
วงจรรวมแบบดิจิทัล
วงจรแบบดิจิทัลจะส่งสัญญาณแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบไบนารี แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตที่ได้อาจแตกต่างกันไป โดยแรงดันไฟฟ้าสูงหมายถึงค่าบูลีน 1 และแรงดันไฟฟ้าต่ำหมายถึงค่า 0
วงจรแบบดิจิทัลออกแบบมาเพื่อดำเนินการเชิงเชิงตรรกะต่างๆ เช่น AND, OR และ NAND ตัวอย่างเช่น การดำเนินการเชิงเชิงตรรกะ OR จะสอดคล้องกับการประมวลผลบูลีนและเป็นพื้นฐานของการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ ดังนั้น วงจรแบบดิจิทัลจึงเป็นพื้นฐานของการประมวลผลทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ และเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งของอุปกรณ์ทั้งหมดที่ตั้งโปรแกรมได้ บอร์ดประมวลผล ไมโครคอนโทรลเลอร์ และหน่วยความจำ
วงจรรวมแบบสัญญาณผสม
ชิปแบบผสมจะรวมองค์ประกอบของทั้งชิปแบบอะนาล็อกและดิจิทัลเข้าด้วยกัน รูปแบบที่ผสมผสานนี้ทำให้ชิปสามารถทำหน้าที่เป็นตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอะนาล็อกและอะนาล็อกเป็นดิจิทัล วงจรรวมขั้นสูงเหล่านี้เป็นส่วนประกอบหลักอีกอย่างของเครื่องมือประมวลผลในปัจจุบัน
วงจรควอนตัม
วงจรควอนตัมคืออนาคตสำหรับวิวัฒนาการของเครื่องมือประมวลผล วงจรควอนตัมคือการคำนวณอย่างต่อเนื่องที่กำหนดชุดของการดำเนินการควอนตัมเชิงตรรกะบนคิวบิตพื้นฐานหรือควอนตัมบิต คิวบิตคือหน่วยย่อยของควอนตัมซึ่งแตกต่างจากสัญญาณบูลีนหรือดิจิทัล สัญญาณบูลีนคือ 1 หรือ 0 แต่คิวบิตสามารถอยู่ในสถานะที่ซ้อนทับกันได้ ชิปที่มีวงจรควอนตัมจะเป็นรากฐานของการประมวลผลควอนตัมซึ่งถือเป็นเทคโนโลยีใหม่
ชิปคอมพิวเตอร์มีกี่ประเภท
ชิปคอมพิวเตอร์แบ่งออกเป็นสี่หมวดหมู่กว้างๆ ตามฟังก์ชันการทำงาน
ชิปหน่วยความจำ
ชิปหน่วยความจำทำหน้าที่เก็บโปรแกรมและข้อมูลบนคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์เก็บข้อมูล ชิป RAM เป็นพื้นที่เก็บข้อมูลชั่วคราว ขณะที่แฟลชไดรฟ์และโซลิดสเตทไดรฟ์ (SSD) สามารถเก็บข้อมูลได้แบบถาวร โดยหน่วยความจำของแฟลชไดรฟ์ยังสามารถเก็บข้อมูลได้แม้จะไม่มีกระแสไฟฟ้า
ชิปประมวผล
ชิปประมวผลจะประมวลผลข้อมูลเพื่อทำงานให้เสร็จสิ้น ซึ่งถือเป็นสมองของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน CPU คือชิปประมวลผลประเภทหลักที่พบได้ในไมโครโปรเซสเซอร์ของเซิร์ฟเวอร์และฮาร์ดแวร์ประมวลผลอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ชิปประมวลผลอาจได้รับการออกแบบให้ทำงานที่เฉพาะเจาะจงด้วย ดังตัวอย่างต่อไปนี้
- หน่วยประมวลผลกราฟิกได้รับการออกแบบมาให้เพิ่มประสิทธิภาพการแสดงภาพ
- หน่วยประมวลผลนิวรัลได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานกับดีปเลิร์นนิงและแมชชีนเลิร์นนิง
ASIC
ชิปวงจรรวมเพื่อการใช้งานเฉพาะ (ASIC) ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการประมวลผลซ้ำๆ เป็นประจำสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน ชิปสมัยใหม่เหล่านี้จะถูกผลิตคราวละเป็นจำนวนมากเพื่ออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เพียงอย่างเดียว เช่น เครื่องสแกนบาร์โค้ด อีกตัวอย่างหนึ่งคือการขุด Bitcoin ซึ่ง ASIC จะประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อสร้าง Bitcoin เหรียญใหม่
SoC
System On Chip (SoC) คือชิปประเภทใหม่ โดยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับทั้งระบบจะอยู่บนชิปชิ้นเดียว ความสามารถของ SoC มีความครอบคลุมกว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยทั่วไป ไมโครคอนโทรลเลอร์จะรวม CPU เข้ากับหน่วยความจำและการประมวลผล I/O แต่ SoC อาจผสานรวมการประมลผลกราฟิก เสียง กล้อง และวิดีโอด้วย
AWS มีส่วนร่วมในนวัตกรรมชิปคอมพิวเตอร์อย่างไรบ้าง
Amazon Web Services (AWS) ได้ทุ่มเทเวลาหลายปีไปกับการออกแบบชิปคอมพิวเตอร์แบบกำหนดเองที่เพิ่มประสิทธิภาพสำหรับระบบคลาวด์ ผลลัพธ์ที่ได้คือ Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) ซึ่งมอบอินสแตนซ์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวประมวลผลที่ออกแบบโดย AWS และผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพให้รองรับการประมวลผล หน่วยความจำ และเวิร์กโหลดปริมาณมากหลากหลายประเภท Amazon EC2 ยังมีชิปแมชชีนเลิร์นนิง (ML) ที่สร้างมาสำหรับการฝึกและการอนุมาน ML โดยเฉพาะอีกด้วย
ตัวอย่างนวัตกรรมอื่นๆ ของ AWS มีดังนี้
- AWS Nitro System คือแพลตฟอร์มพื้นฐานสำหรับอินสแตนซ์ Amazon EC2 รุ่นใหม่ ซึ่งช่วยให้เราสร้างสรรค์นวัตกรรมได้รวดเร็วกว่าที่เคย ลดต้นทุนให้กับลูกค้าได้มากขึ้น และให้ประโยชน์ที่เพิ่มเข้ามาอีกมากมาย เช่น การรักษาความปลอดภัยที่ดีขึ้น รวมไปถึงอินสแตนซ์ประเภทใหม่ๆ
- ตัวประมวลผล AWS Graviton มอบประสิทธิภาพในราคาที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ อินสแตนซ์บน AWS Graviton มอบประสิทธิภาพในราคาที่ดีกว่าถึง 40% เมื่อเทียบกับอินสแตนซ์บน x86
- ตัวเร่ง AWS Inferentia ได้รับการออกแบบมาเพื่อมอบประสิทธิภาพสูงในต้นทุนที่ต่ำที่สุดสำหรับการใช้งานด้านการอนุมานดีปเลิร์นนิงของคุณ
- ชิป ML สำหรับ AWS Trainium ได้รับการออกแบบมาเพื่อมอบประสิทธิภาพในราคาที่ดีที่สุดสำหรับการฝึกโมเดลดีปเลิร์นนิงในระบบคลาวด์
เริ่มต้นใช้งานอินสแตนซ์ AWS ที่ขับเคลื่อนโดยชิปคอมพิวเตอร์แบบกำหนดเองด้วยการสร้างบัญชีฟรีเลยวันนี้
