รู้จัก Photonic Computing เมื่อเอไอกินไฟไม่อั้น โลกเริ่มมอง ‘แสง’ แทนไฟฟ้า

การแข่งขันด้านเอไอถูกขับเคลื่อนด้วยโมเดลที่ใหญ่ขึ้น ฉลาดขึ้น และต้องการพลังประมวลผลมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เบื้องหลังความก้าวหน้าเหล่านั้นกลับมีปัญหาอีกด้านที่เริ่มชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ นั่นคือ พลังงาน

ทุกครั้งที่ผู้ใช้งานใช้เอไอ ไม่ว่าจะเป็นสร้างภาพด้วยเอไอ ให้เอไอตอบคำถาม หรือใช้บริการเอไอในองค์กร ล้วนต้องอาศัยศูนย์ข้อมูลขนาดมหาศาลที่เต็มไปด้วยชิปประมวลผลหลายหมื่นตัว ยิ่งโมเดลมีขนาดใหญ่ ความต้องการไฟฟ้าก็ยิ่งเพิ่ม จนทำให้หลายฝ่ายตั้งคำถามว่า โลกจะสามารถสร้างกำลังประมวลผลให้เพียงพอต่อยุคเอไอได้อีกนานแค่ไหน

นักวิจัยทั่วโลกหันมองเทคโนโลยีทางเลือกที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบเดิม หนึ่งในนั้นคือ “Photonic Computing” หรือคอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงแทนไฟฟ้าในการประมวลผล 

เอไอกำลังผลักให้คอมพิวเตอร์ถึงขีดจำกัด

รายงานของสำนักข่าว Interesting Engineering อธิบายว่า ความก้าวหน้าของคอมพิวเตอร์ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาเกิดขึ้นจากการย่อขนาดทรานซิสเตอร์บนชิปซิลิคอนให้เล็กลงเรื่อยๆ แนวทางนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลได้อย่างมหาศาล จนกลายเป็นรากฐานสำคัญของสมาร์ตโฟน อินเทอร์เน็ต คลาวด์คอมพิวติ้ง และเอไอในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยจำนวนมากมองว่า การพัฒนาชิปแบบเดิมกำลังเผชิญข้อจำกัดทางกายภาพมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อวงจรมีขนาดเล็กลงจนใกล้ระดับอะตอม ปัญหาที่ตามมาคือ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงจร

ในอดีต ปัญหานี้อาจยังไม่ชัดเจนนัก แต่เมื่อโลกเข้าสู่ยุคเอไอ สถานการณ์เริ่มเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว การฝึกโมเดลขนาดใหญ่และการให้บริการเอไอแก่ผู้ใช้งานหลายร้อยล้านคนพร้อมกัน ทำให้ศูนย์ข้อมูลทั่วโลกต้องใช้ชิปประมวลผลจำนวนมหาศาลตลอด 24 ชั่วโมง

ศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่จึงไม่ได้ใช้พลังงานเพียงเพื่อคำนวณข้อมูลเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากเพื่อระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์เหล่านั้นด้วย ยิ่งโมเดลเอไอมีขนาดใหญ่และซับซ้อนขึ้นเท่าใด ต้นทุนด้านพลังงานก็ยิ่งเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

ช่องว่างระหว่างความต้องการพลังประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด กับข้อจำกัดของชิปซิลิคอนแบบดั้งเดิมนี้เอง ที่ Photonic Computing หรือคอมพิวเตอร์แสง เริ่มถูกจับตามองในฐานะผู้ท้าชิงรายใหม่

By Reuters

การใช้แสงแทนไฟฟ้า 

หัวใจสำคัญของ Photonic Computing คือ การเปลี่ยนตัวกลางในการประมวลผลข้อมูลจาก “อิเล็กตรอน” มาเป็น “โฟตอน” หรืออนุภาคของแสง

คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันทำงานโดยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวงจรซิลิคอนเพื่อส่งและประมวลผลข้อมูล แต่ทุกครั้งที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ จะเกิดความต้านทานในวัสดุและสร้างความร้อนขึ้นมา ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ศูนย์ข้อมูลต้องใช้ระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่ ทางตรงกันข้าม โฟตอนสามารถเดินทางผ่านระบบออปติกได้ด้วยการสูญเสียพลังงานที่น้อยกว่า และสร้างความร้อนน้อยกว่า

นอกจากนี้ แสงยังสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากพร้อมกันได้ในช่องทางเดียวกันผ่านคุณสมบัติของความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน คล้ายกับการเปิดช่องจราจรหลายเลนบนถนนเส้นเดียว ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณข้อมูลที่รับส่งได้โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มโครงสร้างพื้นฐานในสัดส่วนเดียวกัน

ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงมองว่าคอมพิวเตอร์แสงมีศักยภาพในการเพิ่มทั้งความเร็ว ความสามารถในการรับ-ส่งข้อมูล และประสิทธิภาพด้านพลังงานไปพร้อมกัน โดยเฉพาะงานที่ต้องประมวลผลข้อมูลปริมาณมหาศาล เช่น การฝึกโมเดลเอไอ การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ หรือการจำลองสภาพภูมิอากาศ

อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์แสงในปัจจุบันยังไม่ได้หมายถึงการสร้างคอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงทั้งหมด แต่ส่วนใหญ่ยังอยู่ในรูปแบบไฮบริดที่ผสมผสานการทำงานระหว่างวงจรอิเล็กทรอนิกส์และวงจรออปติกเข้าด้วยกัน

จีนเปิดแล็บที่เซี่ยงไฮ้ พร้อมเหตุผลด้านพลังงานและภูมิรัฐศาสตร์

ประเทศที่ผลักดันเทคโนโลยีนี้อย่างชัดเจนคือ จีน โดยได้เปิดตัว Shanghai Key Laboratory of Integrated Photonic Computing Chips and Systems ที่มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทง มีเป้าหมายในการพัฒนาชิปโฟโตนิก อุปกรณ์ออปติก สถาปัตยกรรมการประมวลผล ตลอดจนซอฟต์แวร์และอัลกอริทึมที่จำเป็นต่อการใช้งานจริง

ห้องปฏิบัติการแห่งนี้จะทำงานร่วมกับ ไลท์เทลลิเจนซ์ (Lightelligence) สตาร์ตอัปจากเซี่ยงไฮ้ที่เชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์แสง และเป็นหนึ่งในบริษัทที่ผลักดันการพัฒนาระบบประมวลผลแบบผสมระหว่างแสงและอิเล็กทรอนิกส์ในจีน

สื่อท้องถิ่นที่ Interesting Engineering อ้างถึง ระบุว่า นี่เป็นเวทีความร่วมมือระหว่างภาคอุตสาหกรรมและภาควิชาการแห่งแรกของจีนที่มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนา Photonic Computing โดยเฉพาะ

ศาสตราจารย์โจว เว่ยเหวิน (Zou Weiwen) ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการแห่งใหม่และศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทง ระบุว่า คอมพิวเตอร์แสงเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการยกระดับพลังประมวลผลของอนาคต เพราะสามารถส่งข้อมูลได้ปริมาณมาก รวดเร็ว และใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพกว่าระบบคอมพิวเตอร์แบบเดิม

การเปิดห้องปฏิบัติการดังกล่าวเกิดขึ้นในช่วงที่หลายประเทศกำลังแข่งขันกันเพื่อแสวงหากำลังประมวลผลที่เพียงพอสำหรับการฝึกและใช้งานโมเดลเอไอรุ่นใหม่ ขณะที่ศูนย์ข้อมูลทั่วโลกใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

เบื้องหลังการลงทุนดังกล่าวไม่ได้มีเพียงเหตุผลด้านพลังงานเท่านั้น แต่ยังเชื่อมโยงกับการแข่งขันทางเทคโนโลยีระดับโลกด้วย

ช่วงหลายปีที่ผ่านมา จีนเผชิญข้อจำกัดในการเข้าถึงเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงจากมาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐและพันธมิตร ทำให้รัฐบาลจีนเริ่มมองหาเส้นทางเทคโนโลยีทางเลือกที่อาจช่วยลดการพึ่งพาห่วงโซ่อุปทานชิปแบบเดิมในระยะยาว

บริบทนี้ Photonic Computing จึงไม่ได้ถูกมองเป็นเพียงเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของยุทธศาสตร์การสร้างความสามารถทางเทคโนโลยีของประเทศด้วย

ยุโรปและออสเตรเลียก็ขยับตัวในทางเดียวกัน

แม้จีนจะเป็นประเทศที่เคลื่อนไหวชัดเจนที่สุดในแง่ของการลงทุนระดับชาติ แต่ความพยายามพัฒนา Photonic Computing กำลังเกิดขึ้นในหลายภูมิภาคของโลก

ในยุโรป บริษัท ควิกซ์ ควอนตัม (QuiX Quantum) จากเนเธอร์แลนด์กำลังพัฒนาองค์ประกอบสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบโฟโตนิก นั่นคือ ระบบควบคุมที่สามารถตอบสนองต่อข้อมูลจากโฟตอนได้แบบเรียลไทม์

ระบบ Feed-Forward Control Unit หรือ FFCU ที่บริษัทเปิดตัวล่าสุด ทำหน้าที่เสมือนระบบประสาทของคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยรับข้อมูลจากการตรวจวัดโฟตอนแล้วตัดสินใจปรับเส้นทางการประมวลผลในทันที

บริษัทระบุว่า ระบบดังกล่าวสามารถตอบสนองได้ภายในเวลาเพียง 150 นาโนวินาที ซึ่งเร็วพอที่จะสั่งเปลี่ยนการทำงานของวงจรได้ก่อนที่โฟตอนจะเดินทางผ่านใยแก้วนำแสงไปไกลหลายสิบเมตร

ขณะที่ในออสเตรเลีย ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิดนีย์กำลังแก้ปัญหาในอีกระดับหนึ่ง นั่นคือระดับวัสดุพื้นฐาน

งานวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Science Advances วันที่ 19 มิถุนายน 2569 แสดงให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์สามารถปรับคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดแสงควอนตัมภายในวัสดุโบรอนไนไตรด์แบบหกเหลี่ยมได้ด้วยการบิดมุมของชั้นวัสดุ

ความก้าวหน้านี้อาจช่วยแก้ปัญหาสำคัญของวงการควอนตัมโฟโตนิก นั่นคือ การทำให้แหล่งกำเนิดโฟตอนหลายตัวสามารถปล่อยแสงที่มีคุณสมบัติเหมือนกันได้ ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการสร้างวงจรควอนตัมขนาดใหญ่ในอนาคต

ศักยภาพสูง แต่เส้นทางสู่การใช้งานจริงยังอีกไกล

ความเคลื่อนไหวในจีน ยุโรป และออสเตรเลียสะท้อนให้เห็นว่า Photonic Computing กำลังได้รับความสนใจจากทั้งภาคอุตสาหกรรม บริษัทเทคโนโลยี และสถาบันวิจัยทั่วโลก ในช่วงเวลาที่ความต้องการพลังประมวลผลสำหรับเอไอเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หลายฝ่ายเริ่มมองว่าเทคโนโลยีนี้อาจเป็นหนึ่งในเส้นทางสำคัญของอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ในอนาคต

อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นในปัจจุบันยังอยู่ในหลายระดับ ตั้งแต่งานวิจัยด้านวัสดุพื้นฐาน การพัฒนาชิปต้นแบบ ไปจนถึงการสร้างระบบควบคุมและสถาปัตยกรรมการประมวลผลรูปแบบใหม่ ทำให้ Photonic Computing ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา เมื่อเทียบกับระบบคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการพัฒนาต่อเนื่องมานานหลายทศวรรษ

หนึ่งในความท้าทายคือ การสร้างซอฟต์แวร์และอัลกอริทึมที่สามารถใช้ประโยชน์จากฮาร์ดแวร์โฟโตนิกได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ เนื่องจากระบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันถูกออกแบบขึ้นบนพื้นฐานของสถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก

อีกปัญหาหนึ่งคือ เรื่องของหน่วยความจำ ปัจจุบันข้อมูลจำนวนมากยังต้องสลับไปมาระหว่างโลกของแสงและโลกของอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สูญเสียข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพบางส่วนไป

นอกจากนี้ ระบบแสงยังต้องเผชิญความท้าทายด้านความแม่นยำ การควบคุมสัญญาณรบกวน ความเสถียรของอุปกรณ์ และการผลิตในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งล้วนเป็นโจทย์สำคัญก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะสามารถนำไปใช้งานในวงกว้างได้

ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจำนวนมากจึงมองว่าในระยะใกล้ โลกอาจยังไม่ได้เห็นคอมพิวเตอร์แสงเข้ามาแทนที่คอมพิวเตอร์แบบเดิมทั้งหมด แต่มีแนวโน้มที่จะถูกนำมาใช้ในลักษณะระบบไฮบริดที่ผสมผสานการทำงานระหว่างชิปอิเล็กทรอนิกส์และชิปแสงเข้าด้วยกัน โดยเฉพาะในงานที่ต้องใช้การคำนวณปริมาณมหาศาลและมีข้อจำกัดด้านพลังงาน เช่น การฝึกโมเดลเอไอ การประมวลผลข้อมูลในศูนย์ข้อมูล และการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง

อ้างอิง: Interesting Engineering, Quantum Computing Report, The Quantum Insider, World Economic Forum และ Tech Times