คงไม่เกินกว่าความเป็นจริง หากจะพูดว่า “ทรานซิสเตอร์มีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตในศตวรรษที่ 20 และ 21 อย่างมาก” ผู้เชี่ยวชาญอิเล็กทรอนิกส์ยุคแรกๆ เรียกทรานซิสเตอร์ว่า 'แมลง' (BUG) โดยการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ขึ้นมาในช่วงสองเดือนหลังของปี ค.ศ.1947 อาจถือเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากที่สุดในศตวรรษที่ 20 นักพัฒนาใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อขยายสัญญาณคลื่นวิทยุ ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์พกพาไร้สายชนิดแรกในช่วงทศวรรษที่ 50 จึงใช้ชื่อว่า “วิทยุทรานซิสเตอร์” แต่ต่อมางานที่มีความสำคัญมากที่สุดของทรานซิสเตอร์ คือ การนำมาใช้เป็น สวิตช์ในวงจรรวม (integrated circuit: IC) หรือ ชื่อที่รู้จักกันทั่วไปก็ คือ ชิปนั่นเอง

ผลของการทำงานเป็นสวิตช์ขนาดเล็ก ขณะนี้ ผู้บริโภคจึงพบว่ามีการนำเอาทรานซิสเตอร์หลายร้อยล้านตัวไปใส่เอาไว้ในชิป สิ่งที่น่าสนใจก็คือ ตัวทรายซิสเตอร์เองไม่ได้ทำงานอะไรไปมากกว่าสวิตช์ไฟธรรมดาที่จะ 'เปิด' หรือ 'ปิด' เท่านั้นเอง ตำแหน่งเปิดของทรานซิสเตอร์ใช้เลข '1' แทน ส่วนตำแหน่งปิด คือ '0' ทรานซิสเตอร์จำนวนมากช่วยกันสร้างเลข 1 และ 0 ขึ้นมา เพื่อทำให้คอมพิวเตอร์นำไปใช้คำนวณ ประมวลผลข้อความ เล่นดีวีดี และแสดงผลภาพต่างๆ อีกทั้งยังเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องใช้ไฟฟ้า รวมถึงพีซี โน้ตบุ๊ค เซิร์ฟเวอร์ โทรศัพท์มือถือ ไมโครเวฟ รถยนต์ และอื่นๆ อีกมากมายไม่มีที่สิ้นสุด

ข้อมูลจาก บริษัท อินเทล คอร์ปอเรชั่น ระบุว่า การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ตัวแรกเกิดขึ้นเมื่อปี 1947 จากพนักงาน 3 คนของห้องวิจัย บริษัท เบลล์ (Bell Telephone Laboratories) ได้แก่ นายจอห์น บาร์ดีน นายวอลเตอร์ แบร็ตเทน และนายวิลเลียม ช็อคลีย์ บุคคลทั้ง 3 ได้รางวัลโนเบลสาขาเคมีจากผลงานของตัวเองในปี ค.ศ.1956 โดยนายจอหน์ อาร์ เพียซ นักวิจัยของเบลล์แลปเป็นคนตั้งชื่อนี้ขึ้นมา ในเดือน พ.ค.ปี1948 ขณะที่สมาชิกคนอื่นๆ ในห้องทดลองลงคะแนนเสียง เลือกชื่อที่เขาตั้งให้เทคโนโลยีที่มีอายุแค่ 6 หรือ 7 เดือนเท่านั้น ทั้งนี้คำว่า “ทรานซิสเตอร์” จึงเป็นการผสมระหว่างคำว่า Transconductance (หมายถึงกระแสไฟฟ้า) และ Variable Resistor หรือ Varistor เข้าด้วยกัน

เพื่อช่วยให้การพัฒนาทรานซิสเตอร์ เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้ Bell Labs จึงตัดสินใจขายลิขสิทธิ์เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ โดยมีบริษัท 26 แห่ง (อาทิ ไอบีเอ็ม และ เจเนอรัล อิเล็กทริก) ซื้อลิขสิทธิ์ไป โดยแต่ละแห่งต้องจ่ายเงิน 25,000 เหรียญสหรัฐ ถ้าหากทรานซิสเตอร์ประสบความสำเร็จในการขาย ก็คงจะดึงดูดความสนใจได้มากกว่านี้ และทรานซิสเตอร์ก็ทำได้จริงๆ เป็นผลมาจากวิทยุทรานซิสเตอร์รุ่นแรกที่ออกสู่ตลาดในเดือน ต.ค.ปี ค.ศ.1954 มีทรานซิสเตอร์บรรจุอยู่ 4 ตัว และด้วยความที่วิทยุพกพาไปไหนมาไหนได้ จึงทำให้ผู้คนรับฟังเพลงและข่าวสารได้ทุกแห่ง

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 50 ทรานซิสเตอร์ถูกนำไปใช้งานในวิทยุ โทรศัพท์ และคอมพิวเตอร์ แม้ว่าทรานซิสเตอร์จะมีขนาดเล็กกว่าหลอดสุญญากาศก็ตาม แต่ก็ไม่เล็กพอสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้ารุ่นใหม่ๆ ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมีประดิษฐกรรมชนิดที่ 2 เพื่อใช้รองรับประสิทธิภาพในระดับมหาศาล สำหรับการคำนวณเลขฐานสองของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว รวมทั้งการทำให้ทรานซิสเตอร์เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมากๆ โดยมีต้นทุนที่ลดลงด้วย

ในปี ค.ศ.1958 นายแจ็ค คิลบี จากบริษัท เท็กซัส อินสตรูเมนท์ และ นายโรเบิร์ต นอยซ์ จากบริษัท แฟลร์ไชล์ด เซมิคอนดักเตอร์ ที่ต่อมาเป็นผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท อินเทล ค้นพบวิธีการนำทรานซิสเตอร์จำนวนมากไปใส่ไว้ในวงจรรวม (ไอซีหรือชิป) เรื่องนี้ถือเป็นก้าวสำคัญ เนื่องจากที่ชิ้นส่วนแต่ละอันต้องประกอบเข้าด้วยกันด้วยมือ ชิปมีจุดเด่นอยู่สองประการด้วยกัน คือ ต้นทุนต่ำ และประสิทธิภาพสูง โดยจุดเด่นทั้ง 2 ข้อดังกล่าว เป็นผลมาจากการลดขนาดลงเท่านั้นเอง แถมเรื่องนี้ยังช่วยให้การผลิตคล่องตัวมากขึ้นอีกด้วย

นายกอร์ดอน มัวร์ 1 ในผู้ก่อตั้งบริษัท อินเทล ระบุไว้ในบทความลงนิตยสารเมื่อปี ค.ศ.1965 ที่เขาได้คาดการณ์แนวโน้มการพัฒนาชิปที่ต่อมากลายมาเป็น 'กฎของมัวร์' ที่มีชื่อเสียงโด่งดังไปในที่สุด กฎดังกล่าวคาดการณ์ว่า จำนวนทรานซิสเตอร์ในชิป จะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าทุกๆ 2 ปี ในทางกลับกันจะทำให้ประสิทธิภาพในการประมวลผลเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย จึงทำให้ชิ้นส่วนขนาดเล็กจำนวนมาก จึงกลายเป็นปัจจัยหลักของการค้นพบชิปไปในที่สุด ส่งผลให้ผู้ผลิตชิปสามารถรักษาอัตราการเพิ่ม ของจำนวนทรานซิสเตอร์แบบทวีคูณมาได้ต่อเนื่องนานกว่า 40 ปี

ชิปคอมพิวเตอร์รุ่นแรกของ บริษัท อินเทลที่ใช้ชื่อว่า 4004 ที่ผลิตในปี 1971 มีทรานซิสเตอร์ 2,300 ตัว ต่อมาในปี 1989 ชิป i486 มีทรานซิสเตอร์ 1,200,000 ตัว จากนั้นในปี 2000 ชิปรุ่นเพนเทียมมีทรานซิสเตอร์ 42 ล้านตัว และขณะนี้ชิป 45 นาโนเมตรรุ่นใหม่ของอินเทลมีทรานซิสเตอร์ 820 ล้านตัว เมื่อเดือน ก.ย.ปีที่ผ่านมา นอกจากนี้ นายมัวร์ ได้คาดการณ์ว่ากฎของเขาจะยังคงใช้ได้อีกอย่างน้อย 10 ถึง 15 ปี โดยเมื่อถึงตอนนั้นจะมีข้อจำกัดพื้นฐานเกิดขึ้น จนทำให้กฎของเขาไม่อาจเดินหน้าต่อไปได้ ดังนั้นการที่จะยังคงอัตราการเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์แบบทวีคูณ ในกฎของมัวร์เอาไว้ให้ได้ ทรานซิสเตอร์จำเป็นต้องมีขนาดเล็กลงครึ่งหนึ่งทุกๆ 2 ปี

ข้อมูลของบริษัท อินเทล ระบุอีกว่า สงครามการลดขนาดได้ทำให้องค์ประกอบหลักอย่างหนึ่งของทรานซิสเตอร์ถึงขีดจำกัด นั่นคือ องค์ประกอบที่เป็นซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) ที่เป็นชั้นฉนวนระหว่าง gate กับช่องที่ปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เมื่อมีการเปิดทรานซิสเตอร์แต่ละตัว ชิปรุ่นใหม่ๆ ประกอบด้วยชั้นที่มีฉนวนบางลงมาก โดยในชิป 2 รุ่นก่อนหน้านี้มีชั้นฉนวนหนา 1.2 nm หรือเท่ากับ 5 อะตอม ทำให้วิศวกรของอินเทลไม่อาจลดความหนาลงได้แม้แต่อะตอมเดียว เพราะเมื่อชั้นที่เป็นฉนวนเริ่มบางขึ้น อัตราการรั่วไหลก็เพิ่มสูงขึ้น

สภาพดังกล่าวเหมือนหยดน้ำที่รั่วออกมาจากก๊อกน้ำนั่นเอง เมื่อชั้นที่เป็นฉนวนปล่อยกระแสไฟรั่วไปหาทรานซิสเตอร์มากขึ้น ทรานซิสเตอร์ก็จะทำงานผิดเพี้ยนไป และก่อให้เกิดพลังงานออกมามากขึ้น ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นก็คือชิปใช้กระแสไฟฟ้ามากขึ้น จนก่อให้เกิดความร้อนส่วนเกินออกมา ทั้งนี้ทรานซิสเตอร์ที่มีกระแสไฟฟ้ารั่วไหล จัดเป็นอุปสรรคใหญ่ที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ ถ้าหากไม่มีการค้นพบครั้งสำคัญ อินเทลก็จะต้องเจอกับข้อจำกัดพื้นฐานที่ทุกคนต่างคาดคิดเอาไว้นานแล้วอย่างแน่นอน เรื่องนี้ไม่เพียงแต่หมายถึงจุดจบของกฎของมัวร์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการปฏิวัติไปสู่ยุคดิจิตอล ที่ดำเนินติดต่อกันมาหลายทศวรรษให้ต้องหยุดชะงักตามไปด้วย

ชิปคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 2 เท่าในทุกๆ 2 ปีก็จะกลายเป็นอดีตไปในทันที วิธีแก้วิกฤตการณ์ครั้งนี้โดยการทำให้ชั้นที่เป็นฉนวนหนาขึ้น เรื่องนี้เป็นไปได้ โดยการผลิตชั้นที่เป็นฉนวนจากวัสดุที่ต่างออกไปจากเดิม เพื่อให้มีอะตอมเพิ่มขึ้น ในเดือน ม.ค.2550 อินเทลออกมาประกาศว่า ครั้งนี้ถือเป็นครั้งแรกในรอบ 40 ปีที่ชั้นที่เป็นฉนวนจะไม่ได้ผลิตจากซิลิกอนไดออกไซด์อีกต่อไป แต่จะใช้ธาตุฮาฟเนียมแทน โดยฮาฟเนียมเป็นโลหะสีเทาเงินที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีกว่า และลดอัตราการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าได้ดีขึ้นถึง 10 เท่า มัวร์ เรียกการค้นพบครั้งนี้ว่า 'การเปลี่ยนแปลงที่มีความสำคัญต่อเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์มากที่สุด ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 60 ก็ว่าได้'

แต่การค้นพบครั้งนี้เป็นวิธีแก้ปัญหาแค่ครึ่งเดียวเท่านั้น เนื่องจากวัสดุชนิดใหม่นี้กลับไม่เข้ากับองค์ประกอบหลักอีกชนิดหนึ่งในทรานซิสเตอร์นั่นคือ Gate นั่นเอง และที่แย่ยิ่งกว่านั้นทรานซิสเตอร์รุ่นแรก ที่ใช้วัสดุที่เป็นฉนวนชนิดใหม่ กลับมีประสิทธิภาพด้อยกว่าทรานซิสเตอร์รุ่นเก่าเสียอีก อินเทลค้นพบคำตอบโดยใช้วัสดุชนิดใหม่สำหรับ gate เช่นกัน โดยเป็นการนำเอาโลหะหลายชนิดมาผสมกันเรียกว่า High-K แต่อินเทลได้ปกปิดเรื่องนี้เอาไว้เป็นความลับจนถึงเวลานี้

เมื่อวันที่ 12 พ.ย.2550 อินเทลเปิดตัวชิปรุ่นใหม่ที่ใช้วัสดุชนิดใหม่เหล่านี้ บวกกับการใช้ขั้นตอนการผลิตแบบ 45 นาโนเมตร (nm) และหากเทียบกับขั้นตอนการผลิตแบบ 65 nm การผลิตที่เล็กลงกว่าเดิมนี้ ช่วยให้อินเทลสามารถใส่ทรานซิสเตอร์ลงไปได้มากขึ้นเกือบ 2 เท่าโดยใช้พื้นที่เท่าเดิม โดยทำให้อินเทลเลือกได้ว่าจะเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ หรือทำให้ชิปมีขนาดที่เล็กลง การที่ทรานซิสเตอร์แบบ 45 nm มีขนาดเล็กกว่าทรานซิสเตอร์รุ่นก่อนหน้านั้น ทำให้การใช้พลังงานสำหรับการเปิดปิดลดลง 30%

ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น คือ ชิป 45 nm รุ่นใหม่ของอินเทล ไม่เพียงแต่สร้างสถิติใหม่ในเรื่องประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังเป็นการค้นพบครั้งสำคัญในเรื่องของการใช้พลังงานอีกด้วย โดยในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ทรานซิสเตอร์และชิปได้ช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ มีประสิทธิภาพเพิ่มสูงขึ้นโดยมีต้นทุนที่ลดลง ดังนั้นอุปกรณ์ทั้งสองชนิด จึงกลายเป็นสุดยอดกลไกที่ช่วยให้เศรษฐกิจของโลกดำเนินงานแบบอัตโนมัติได้ แต่อย่างไรก็ตาม ชิปและคอมพิวเตอร์ยังคงมีอนาคตที่รออยู่อีกยาวไกล

รายงานของบริษัท อินเทล ระบุด้วยว่า ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาคอมพิวเตอร์ได้เติบโตขึ้นจนกลายเป็นเครื่องมือแก้ปัญหาชั้นยอดของมนุษย์ไปแล้ว คอมพิวเตอร์สามารถพิมพ์จดหมาย ส่งอีเมล์ จัดการกับการคำนวณที่ยุ่งยากในสเปรดชีท และใช้ดูหนังได้ ส่วนในอนาคตคอมพิวเตอร์ตั้งเป้าเอาไว้ว่า จะกลายเป็นที่ปรึกษาของมนุษย์ ที่จะคอยศึกษาพฤติกรรมของเราจากนั้นก็ปรับตัวให้เข้ากับพฤติกรรมของมนุษย์แต่ละคน ขั้นตอนแรกของแนวโน้มนี้จะเห็นได้จากเว็บไซต์ที่เน้นไปที่ผู้บริโภคเป็นหลักอย่าง www.amazon.com และ iTunes เป็นต้น เว็บไซต์เหล่านี้แนะนำการเลือกซื้อสินค้าต่างๆ ให้แก่ผู้บริโภคได้ โดยอิงจากพฤติกรรมการซื้อของผู้ใช้คนนั้น

นอกจากนี้ยังจะช่วยให้มนุษยชาติแก้ปัญหาต่างๆ ที่ส่งผลกระทบมหาศาลในยุคนี้ได้ อาทิเช่น สภาพอากาศ ข้อบกพร่องที่สืบทอดทางกรรมพันธุ์ การแพทย์ราคาถูก และการไขปริศนาที่อยู่ในยีน เป็นต้น ทำให้เราใช้วิธีการต่างๆ ไขปัญหาต่างๆ เหล่านี้ได้รวดเร็วขึ้นแบบที่ไม่เคยคิดว่าจะทำได้มาก่อนเมื่อ 5 ปีที่ผ่านมา ระบบงานต่างๆ เหล่านี้จะเข้ามาเปลี่ยนแปลงการใช้ชีวิต และช่วยชีวิตของผู้คนได้มากขึ้น ดังนั้น เมื่อคอมพิวเตอร์และชิปมีประสิทธิภาพเพิ่มสูงขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิจัยในสาขาต่างๆ เหล่านี้ก็จะยิ่งโดดเด่นมากขึ้นตามไปด้วย...

สำหรับผู้บริโภคและผู้ใช้งานทุกคนการพัฒนาตามที่กล่าวมานี้ คงสังเกตได้จากสิ่งของต่างๆ ที่เปลี่ยนแปลงไป ตั้งแต่วิทยุ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ และโน้ตบุ๊ค ที่ขนาดเล็กลงเป็นลำดับ แต่ขีดความสามารถเพิ่มสูงขึ้นอย่างน่าตกใจ เมื่อถึงวันนั้นที่เทคโนโลยีก้าวสู่ยุคไร้ขีดจำกัด คอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลภาพถ่ายดาวเทียมความละเอียดสูง อาจจะเล็กเท่ากับเครื่องเกมนินเทนโด วี หรือ เราสามารถวิเคราะห์ความผิดปกติของโรคในมนุษย์ได้ถึงระดับยีนได้ในเวลา 5 นาที เมื่อถึงเวลานั้นโลกใบนี้อาจไม่ใช่โลกที่ทุกคนรู้จักก็ได้...

ข่าวจาก  ไทยรัฐ