Ep.18 | Chief Engineer's Log : Pacific Rim & Intel Multi-core
ในEp.18 ผมพูดถึง เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นกับชิป Intel Pentium 4
ผลลัพธ์ในตอนนั้นคือ ซีพียู Pentium 4 ซึ่งเป็น single core เกิดความร้อนสูงจัด ภายหลังจึงถูกเปลี่ยนให้กลายมาเป็นระบบ Multi-core ที่เราคุ้นเคยกันแทน
เหตุการณ์ที่ทำให้กฎ Dennard Scaling พังทลายลงนั้น เกิดขึ้นช่วงปี 2004
ซึ่งเป็นยุคที่วิศวกรคอมพิวเตอร์ทั่วโลกต้องเผชิญหน้ากับข้อจำกัดของสิ่งที่เรียกว่า สมการกำแพงความร้อน "The Power Wall"
เพื่ออธิบายให้เห็นภาพว่าในปี2004นั้นเกิดอะไรขึ้น เรามาดูสมการคลาสสิกตัวนี้กัน
The Power Wall
P (Power) = พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ (ซึ่งจะกลายเป็น ความร้อน)
C (Capacitance) = ขนาดทางกายภาพของทรานซิสเตอร์
V (Voltage) = แรงดันไฟฟ้า
f (Frequency) = ความเร็วในการทำงาน (สัญญาณนาฬิกา หรือ GHz)
ยุคทองของ Dennard Scaling (ก่อนปี 2004)
ในยุคก่อนหน้านั้น กฎนี้ทำงานได้สมบูรณ์แบบมาก เพราะเมื่อวิศวกรลดขนาดทรานซิสเตอร์ (C ลดลง) พวกเขาสามารถลดแรงดันไฟ (ลด V) ตามลงไปได้ด้วย
พอ C กับ V ลดลงพร้อมกัน วิศวกรก็เลยสามารถเร่งความเร็ว Clock Speed (f) ให้พุ่งกระฉูดขึ้นไปได้เรื่อยๆ โดยที่ชิป "ไม่ร้อนขึ้นกว่าเดิม" (ค่า P คงที่)
นั่นคือเหตุผลที่ช่วงยุค 90s ถึงต้น 2000s เราถึงเห็นซีพียูแข่งกันเพิ่มความเร็ว GHz กันอย่างบ้าคลั่งจากระดับ MHz ขึ้นมาเป็น 1 GHz, 2 GHz, 3 GHz อย่างรวดเร็ว หรือที่เรียกกันว่ายุค "Gigahertz Race"
ปี 2004 : วันที่สมการพังทลาย (The Power Wall)
เหตุการณ์มาถึงจุดแตกหักในยุคของชิป Intel Pentium 4 (สถาปัตยกรรม Prescott) เมื่อวิศวกรพยายามจะดันความเร็วไปให้ถึง 4.0 GHz ปรากฏว่าเกิดปรากฏการณ์ที่เปลี่ยนหน้าตาของอุตสาหกรรมชิปไปเลย
1. ไม่สามารถลดแรงดันไฟ (V) ได้อีกต่อไป
เมื่อทรานซิสเตอร์เล็กระดับ 90 นาโนเมตร หรือ 65 นาโนเมตร ชั้นฉนวนมันบางมาก
ถ้าลดแรงดันไฟลงไปอีก ทรานซิสเตอร์จะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่าง "เปิด" (1) กับ "ปิด" (0) ได้
2. กระแสไฟรั่ว (Leakage Current)
แม้ตอนที่ทรานซิสเตอร์สั่ง "ปิด" (0) แต่เพราะมันเล็กเกินไป อิเล็กตรอนเลยเกิด Quantum Tunneling รั่วซึมทะลุผ่านฉนวนออกมาได้
3. ระเบิดความร้อนแบบทวีคูณ
กลับไปที่สมการด้านบน เมื่อวิศวกรลดแรงดันไฟ (V) ไม่ได้แล้ว แต่ยังพยายามฝืนเพิ่มความเร็ว (f) ให้เป็น 4.0 GHz ผลคือ ทำให้พลังงานไฟฟ้า (P) พุ่งทะยานขึ้นเป็นเส้นโค้งแนวตั้ง
ผลลัพธ์คือ ซีพียู Pentium 4 ในตอนนั้นร้อนจัดจนถูกแซวกันว่าเป็น "เตาอบ" และถ้าขืนยังดันความเร็วไปมากกว่านี้ ซิลิคอนจะหลอมละลายคาบอร์ดไปเลย ซึ่งPower Density หรือความหนาแน่นของความร้อนต่อพื้นที่ที่เกิดขึ้นนั้นสูงทะลุมาตรวัดไปเลย
ด้วยเหตุนี้ซีพียูยุคหลัง Pentium 4 เป็นต้นมา จึงต้องมีการใส่ระบบฝังเซนเซอร์ตัดไฟอัจฉริยะที่เรียกว่า Thermal Throttling เอาไว้ เพื่อชัตดาวน์ตัวเองทันทีที่อุณหภูมิแตะ 100-105 องศาเซลเซียส ก่อนที่มันจะสลายตัวเองเป็นของเหลว
The Paradigm Shift : จุดจบของ GHz และจุดเริ่มต้นของ "Multi-core"
เมื่อ "ความเร็ว" เดินมาถึงทางตัน โลกวิศวกรรมจึงต้องหักหลบกำแพงความร้อนนี้อย่างกะทันหัน ด้วยการเปลี่ยนกติกาใหม่ (เปลี่ยนอีกแล้วเรอะ !!!)
● เลิกแข่งกันที่ความเร็ว : วิศวกรยอมแพ้ที่จะสร้างซีพียูคอร์เดียวที่วิ่งเร็ว 4 GHz หรือ 5 GHz สังเกตไหมครับว่าคอมพิวเตอร์ปัจจุบัน ความเร็ว Base Clock ก็ยังวนเวียนอยู่แถวๆ 2-4 GHz เท่ากับเมื่อ 20 ปีก่อนเลย
● ใช้สมองหลายก้อนแทน (Multi-core) : แทนที่จะใช้ "ยอดมนุษย์ 1 คนที่วิ่งเร็วมากแต่ตัวร้อนจัด" วิศวกรเปลี่ยนมาใช้ "คนธรรมดา 2 คน (หรือ 4, 8, 16 คน)
มาช่วยกันทำงานที่ความเร็วต่ำลงนิดนึง" ซึ่งก็คือจุดกำเนิดของชิป Intel Core 2 Duo ในตำนานนั่นเองครับ
เหตุการณ์ The Power Wall เมื่อปี2004 คือการชนเพดานครั้งใหญ่ครั้งแรกของวงการชิป ซึ่งสอนให้รู้ว่า "เราชนกำแพงของกฎฟิสิกส์"
และนั่นก็เป็นเหตุผลสืบเนื่องมาจนถึง Ep.18 ที่วันนี้แม้แต่ระบบ Multi-core เองก็เริ่มจะต้านทานข้อมูลมหาศาลของ AI ไม่ไหว และใกล้จะชนเพดานครั้งที่สอง
จนเราต้องเปลี่ยนกระบวนทัศน์อีกครั้งด้วยการใช้ "แสง" (Photonics) เข้ามาช่วยระบายความอึดอัดของระบบออกไป
พอเขียนถึงเรื่อง Single-core กับ Multi-core แล้ว ด้วยความเป็นSynthesizerสายบ้าพลังข้อมูลล้นหัวแบบผม สมองมันเลยเกิดอาการ "ป๊อป" ไอเดียการเขียนออกมาเพิ่มอีกแล้วครับ หยุดไม่อยู่แล้ว ช่วยด้วยยยยย 😭
แทนที่จะใช้ "ยอดมนุษย์ 1 คนที่วิ่งเร็วมากแต่ตัวร้อนจัด"
วิศวกรเปลี่ยนมาใช้ "คนธรรมดา 2 คน" มาช่วยกันทำงาน
พอจะเห็นอะไรในประโยคนี้ไหมครับ นี่มันคอนเซป Neural Handshake และการ Drift ใน Pacific Rim เป๊ะเลย ซึ่งหากเราพูดถึงภาพยนตร์ไซไฟสุดมันส์ Pacific Rim ภาพจำของหนังอาจนึกถึงภาพหุ่นยักษ์เยเกอร์กำลังตบตีกับสัตว์ประหลาดไคจู
แต่เมื่อเอาการพัฒนาระบบ 2 นักบินของหุ่นเยเกอร์ซึ่งปรากฎในตอนต้นของหนังเรื่องนี้ มาทาบลงบนประเด็นเรื่อง Single core กับ Multi-core มันดันพอดีกันเฉย
Pacific Rim (2013)
The Single Pilot (ยุค Pentium 4 ที่ไปดัน GHz)
● Pacific Rim : โครงการ Jaeger ยุคแรกใช้นักบินคนเดียวขับหุ่นยักษ์ ผลคือสมองของมนุษย์ (Single-core) รับภาระข้อมูล (Neural Load) มหาศาลไม่ไหว จนนักบินเกิดอาการเลือดกำเดาไหล สมองช็อต และนักบินสู่ขิตไปเลย
● โลกวิศวกรรม : วิศวกรพยายามดันซีพียูคอร์เดียวให้วิ่งทะลุ 4.0 GHz ผลคือโครงสร้างซิลิคอนรับภาระแรงดันไฟไม่ไหว
เกิดกระแสไฟรั่วและความร้อนสะสมมหาศาล (The Power Wall) จนชิปหลอมละลาย
The Drift & Neural Handshake (ยุค Multi-core)
● Pacific Rim : ทางแก้คือแบ่งโหลดการทำงานซ้าย-ขวา ให้นักบิน 2 คนมาช่วยกันขับ หรือหุ่นของจีนอย่าง Crimson Typhoon ที่ใช้นักบินฝาแฝด 3 คน โดยให้นักบินแบ่งภาระระบบประสาทร่วมกัน และเชื่อมต่อความคิดกันผ่านกระบวนการ Drift (Neural Handshake)
● โลกวิศวกรรม : วิศวกรเลิกดันความเร็ว GHz หันมาหั่นสมองซีพียูเป็น 2 คอร์ (Core 2 Duo) ตามมาด้วย 4 คอร์, 8 คอร์, 16 คอร์ จนตอนนี้ Intel สามารถดันขึ้นไปได้ถึง 288 คอร์เลย โดยแต่ละคอร์วิ่งช้าลงนิดนึงเพื่อไม่ให้ตัวเองร้อนเกินไป แต่ใช้ระบบเชื่อมต่อข้อมูลภายใน (Interconnect Bus / Cache) ให้แต่ละคอร์ "Drift" คุยกันเพื่อแบ่งงานกันทำ
The Optical Drift (ยุค AI & Photonics)
ลองจินตนาการว่า ชิปประมวลผล AI ของ NVIDIA ในตู้เซิร์ฟเวอร์ทุกวันนี้ ไม่ใช่นักบินแค่ 2 คน แต่คือ "นักบินระดับแสนคน" ที่ต้องช่วยกันขับหุ่นยักษ์ AI
ปัญหาคือถ้าสาย "Neural Handshake" ที่เชื่อมต่อระหว่างนักบินแสนคนนี้ ยังเป็นแค่ "สายทองแดง" การ Drift จะเกิดอาการกระตุก ดีเลย์ และสายไหม้เพราะส่งข้อมูลหากันไม่ทัน
นี่แหละครับคือเหตุผลที่ Lumentum และ Fabrinet ต้องเข้ามาเปลี่ยนกติกา พวกเขากำลังสร้างระบบ "Optical Neural Handshake" ที่เปลี่ยนเส้นประสาทการเชื่อมต่อจากไฟฟ้าที่ผ่านสายไฟทองแดงให้กลายเป็นแสง (Photonics)
การใช้ "ทางด่วนสายรุ้ง" ทำให้ข้อมูลเชื่อมต่อระหว่างชิปแสนตัว เกิดการ Drift เข้าหากันได้อย่างสมบูรณ์แบบด้วยความเร็วแสง โดยไม่มีความร้อน (Zero Resistance) และไม่มีอาการดีเลย์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
