FlexRAM ยุคใหม่วงการแรม ยืดหยุ่น เร็ว ใส่ได้ทุกอุปกรณ์ เก็บข้อมูลได้นานกว่า
หนึ่งในฮาร์ดแวร์ที่เป็นส่วนสำคัญมากของระบบคอมพิวเตอร์ก็คือ แรมหรือหน่วยความจำ ที่ระบบจะใช้เก็บข้อมูลที่ผ่านการประมวลผลมาแล้ว หรือใช้พักข้อมูลก่อนที่จะส่งไปใช้งานในส่วนต่างๆ ล่าสุดมีข่าวเกี่ยวกับการพัฒนานวัตกรรมสำหรับแรมออกมาแล้ว นั่นก็คือ FlexRAM ที่ในบทความนี้เราจะมาลองทำความรู้จักกัน เพราะนี่อาจเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ออกสู่วงกว้างได้ในอนาคต และอาจจะมาแก้จุดด้อยของแรมที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันได้หลายด้านอีกด้วย
แรมของระบบคอมพิวเตอร์ รวมถึงในอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องมีแรมในปัจจุบัน ปกติแล้วจะอยู่ในรูปแบบชิปที่ติดตั้งอยู่บนแผงวงจรอีกที ทำให้เรื่องขนาดของชิปแรมและฮาร์ดแวร์เอง ก็เป็นส่วนหนึ่งในข้อจำกัดการออกแบบผลิตภัณฑ์ด้วยเช่นกัน โดยเฉพาะกับพวกอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็ก เน้นการพกพา เช่น นาฬิกาสมาร์ตวอทช์ สายรัดข้อมือสมาร์ตแบนด์ และอาจรวมไปถึงพวกหุ่นยนต์อัจฉริยะ เป็นต้น ซึ่งถ้าหากอุปกรณ์มีขนาดเล็ก หรือมีข้อจำกัดในการติดตั้งแผงวงจร ก็อาจจะทำให้ผู้ผลิตไม่สามารถใส่แรมปริมาณมากได้ นั่นก็ส่งผลถึงขีดจำกัดความสามารถของระบบได้โดยตรง จนอาจทำให้การพัฒนาระบบปฏิบัติการ และความสามารถต่าง ๆ เป็นไปได้จำกัด
อีกจุดหนึ่งที่เป็นข้อจำกัดของแรมในปัจจุบันก็คือเมื่อปิดเครื่อง หรือมีการตัดไฟจากระบบจนทำให้ไม่มีไฟไปหล่อเลี้ยงแรม ข้อมูลในแรมจะถูกลบไปทั้งหมด นั่นทำให้ระบบส่วนใหญ่จำเป็นจะต้องมีหน่วยความจำสำรอง (secondary memory) อย่างเช่น SSD และ HDD ที่สามารถบันทึกข้อมูลแบบถาวรได้ แม้จะไม่มีไฟหล่อเลี้ยงก็ตาม มาใช้เก็บข้อมูลจากแรมที่เป็นหน่วยความจำหลัก (primary memory) เสมอ ซึ่งก็จะย้อนกลับไปส่งผลถึงขนาดผลิตภัณฑ์ด้วย
ด้วยข้อจำกัดหลัก 2 ประการข้างต้น ทำให้ที่ผ่านมามีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านนี้มาอยู่เสมอ ล่าสุดก็มีกลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิงหฺวา (Tsinghua) ประเทศจีนได้นำเสนอความคืบหน้าของการนำโลหะเหลวมาใช้เป็นแรมสำหรับเก็บข้อมูล ใช้ชื่อเรียกในขณะนี้ว่า FlexRAM ที่มีการเปิดเผยผลการทดสอบลงในเว็บไซต์ IEEE Spectrum ขององค์กร IEEE ที่เป็นหนึ่งในผู้กำหนดมาตรฐานด้านการติดต่อสื่อสาร เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มาเป็นเวลานาน จึงน่าสนใจว่าเทคโนโลยีแรมแบบใหม่นี้อาจจะได้รับความสนใจเป็นวงกว้างมากขึ้นในอนาคตก็เป็นได้
ทำความรู้จักกับ FlexRAM
จากที่เกริ่นไปข้างต้น FlexRAM จะใช้โลหะเหลวเป็นหลักในการเก็บข้อมูล ทำให้รูปทรงมีความยืดหยุ่น ซึ่งโลหะเหลวที่ใช้ก็คือแกลเลียมในสถานะที่เป็นหยดของเหลวแบบ liquid metal สำหรับเก็บสถานะปิด/เปิด (0/1) ของบิตข้อมูล ฉีดลงไปในวัสดุห่อหุ้ม Ecoflex ที่ผลิตจากไบโอโพลิเมอร์ที่สามารถยืดหยุ่นได้อีกที ซึ่งตัวของ Ecoflex ก็ได้รับการผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยมีการใส่ Polyvinyl acetate (PVAc) ในแบบไฮไดรเจลเข้าไปโพรงของแม่พิมพ์ที่มีขนาดระดับมิลลิเมตรด้วย ซึ่งจะเข้าไปทั้งช่วยอุดรอยรั่วที่อาจเกิดขึ้นจากการฉีดขึ้นรูป Ecoflex และใช้ช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงเคมีของกับแกลเลียมเหลว ให้มีอัตราส่วนความต้านทานที่สูงขึ้น
รูปแบบการเก็บข้อมูลในลักษณะฐานสองของเทคโนโลยีนี้ จะใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าในการแยกระหว่าง 0 กับ 1 โดยหากมีการจ่ายไฟโวลต์ต่ำเข้าไป โมเลกุลหรืออะตอมของโลหะเหลวก็จะเกิดการออกซิเดชันจนเกิดสถานะความต้านทานสูง ซึ่งใช้แทนค่าบิต 1 ส่วนถ้ามีการจ่ายไฟโวลต์สูงเข้าไปก็จะเกิดสถานการณ์ตรงกันข้าม ใช้สำหรับแทนบิต 0 นั่นเอง
ในชุดการทดลอง ทีมนักวิจัยนำโดยศาสตราจารย์ Jing Liu ประจำภาควิศวกรรมชีวะการแพทย์ ได้จัดชุด แรมโลหะเหลวจำนวน 8 หน่วยขึ้นมา แต่ละหน่วยใช้สำหรับเก็บค่า 1 บิต เท่ากับว่าทั้งชุดนี้จะสามารถเก็บข้อมูลได้ 8 บิต = 1 ไบต์นั่นเอง ต่อเข้ากับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เพื่อจำลองว่าเป็นคอมพิวเตอร์หนึ่งเครื่อง เมื่อมีการป้อนข้อมูลเข้าไป สัญญาณดิจิทัลก็จะถูกแปลงเป็นสัญญาณอนาล็อก เพื่อใช้ควบคุมการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือรีดักชันแล้วแต่ประเภทบิต และส่งไปหาแรมเพื่อจัดเก็บข้อมูลลงในโลหะเหลวทั้ง 8 บิต
โดยสิ่งน่าสนใจในการทดสอบชุดนี้ก็คือ พบว่าตัว FlexRAM สามารถเก็บข้อมูลไว้ได้นานสุดถึงประมาณ 43,200 วินาที หรือราว ๆ 12 ชั่วโมง แม้จะไม่มีการจ่ายไฟเลี้ยงก็ตาม รวมถึงแม้จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำและในสภาพไร้ออกซิเจน ข้อมูลก็ยังคงอยู่ได้นานสุดถึงกว่า 12 ชั่วโมง เมื่อประกอบกับความสามารถในการนำมาใช้ซ้ำได้ถึงกว่า 3,500 รอบการใช้งาน ทำให้เทคโนโลยีน่าสนใจ และมีความเป็นไปได้ที่จะนำมาพัฒนาต่อยอด เพื่อเพิ่มทั้งความจุการเก็บข้อมูล รูปลักษณ์และอายุการใช้งานให้อยู่ในระดับที่สามารถนำมาใช้งานวงกว้างได้ในอนาคต ซึ่งกลุ่มผลิตภัณฑ์หลักที่เป็นเป้าหมายของการนำแรมแบบใหม่นี้ไปใช้งาน ก็คือพวกหุ่นยนต์อัจฉริยะที่ต้องมีความยืดหยุ่นทางกายภาพหรือมีขนาดเล็ก ที่อาจต้องซอกแซกไปยังจุดต่าง ๆ รวมถึงอาจต้องเข้าไปสำรวจในร่างกายมนุษย์ ส่วนที่อาจจะใกล้ตัวหน่อยก็คือกลุ่มสมาร์ตดีไวซ์ที่ใช้สวมใส่ เช่น สมาร์ตวอทช์ ที่อาจจะทำให้มีดีไซน์ที่หลากหลายขึ้น ควบคู่กับประสิทธิภาพและความสามารถของระบบที่สูงกว่าในปัจจุบันอีกด้วย
ในจุดนี้ทางทีมวิจัยคาดการณ์ไว้ว่าน่าจะสามารถปรับขนาดหยดแกลเลียมเหลวได้หลากหลาย ตั้งแต่ระดับมิลลิเมตรจนถึงระดับนาโนเมตรเลยทีเดียว ซึ่งยิ่งทำได้เล็กเท่าไหร่ ก็จะช่วยเพิ่มความไวต่อการใช้งานเป็นหน่วยความจำ รวมถึงยังส่งผลถึงความจุพื้นที่เก็บข้อมูล ซึ่งน่าจะเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่ปูทางสู่การค้นคว้า วิจัยและพัฒนาเพื่อตอบโจทย์งานวิจัยหลาย ๆ ชิ้นในอดีต อาทิ การจำลองระบบเส้นประสาทโดยใช้คอมพิวเตอร์ ที่จะสามารถนำความยืดหยุ่นของแรมแบบใหม่นี้มาใช้ประโยชน์ได้เต็มที่ เป็นต้น
จะได้ใช้กันเมื่อไหร่?
เทคโนโลยีนี้ถือว่ายังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา จึงอาจจะต้องใช้เวลาอีกหลายปีกว่าที่จะเริ่มเข้าสู่ตลาด เพราะปัจจัยที่ต้องยกระดับขึ้นมาให้ได้ หลัก ๆ เลยก็คือเรื่องความจุ อายุการใช้งาน รวมถึงความเสถียรเมื่อต้องใช้งานจริงในสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ส่วนถ้าจะถึงขั้นเข้ามาทดแทนแรมแบบที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน คงจะต้องมีเรื่องต้นทุนการผลิตที่ลดลงเป็นอย่างมาก ซึ่งมาควบคู่กับยอดการผลิตและ yield rate ที่สูงพอจริง ๆ ก่อน ดังนั้น อาจจะต้องรอไปอีกหลายปี หรืออาจรวมไปถึงว่ามันอาจจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่ตันจนไม่ได้รับการพัฒนาต่อก็เป็นได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับว่าในอนาคต ทีมนักวิจัยจะสามารถทลายกำแพงข้อจำกัดต่าง ๆ จนสามารถสเกลขึ้นมาระดับใช้งานจริงได้หรือไม่ และจะมีเทคโนโลยีใหม่เข้ามาแทนที่ก่อนหรือเปล่า
ประเภทของอุปกรณ์ที่น่าจะได้รับประโยชน์จากแรมแบบใหม่นี้ ถ้าใกล้ตัวเราหน่อยก็น่าจะเป็นพวกอุปกรณ์สวมใส่ที่ต้องมีความยืดหยุ่น โค้งงอได้ เช่น นาฬิกาข้อมือ สายรัดข้อมือ แหวน หรืออาจรวมถึงเสื้อผ้าสวมใส่ ด้วยคุณสมบัติของแรมที่เป็นโลหะเหลวซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงกว่าเม็ดชิป ประกอบกับคุณสมบัติในการเก็บข้อมูลได้แม้จะไม่มีการจ่ายไฟเลี้ยงก็ตาม ซึ่งเมื่อนำมาใช้ร่วมกับเทคโนโลยีอื่น ก็อาจจะมาช่วยยกระดับผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้ขึ้นมาได้อีก เช่น อาจจะมีแหวนแบบ smart ring ที่ไม่จำเป็นต้องมีชิปเก็บข้อมูลแบบรอมไว้เลย อาศัยการเก็บข้อมูลในแรมโลหะเหลว และซิงค์ข้อมูลขึ้นคลาวด์หรือลงมือถือแทน เวลาที่ถอดออกหรือไม่ได้เชื่อมต่อกับเน็ต/มือถือ ก็ให้เก็บข้อมูลลงแรมไว้ก่อน พอสามารถเชื่อมต่อได้ก็ค่อยซิงค์ข้อมูลกันต่อ ส่วนถ้าหากแบตใกล้หมด ก็ค่อยบังคับซิงค์ข้อมูลไปไว้บนคลาวด์หรือในมือถืออัตโนมัติให้ เป็นต้น ที่อาจจะช่วยทำให้สามารถออกแบบผลิตภัณฑ์ให้มีความบางลง น้ำหนักเบาลงกว่าปัจจุบันได้อีก สำหรับอุปกรณ์ชิ้นอื่นก็ใช้เป็นแบบที่โค้งงอได้ ที่ในปัจจุบันก็เริ่มมีออกมามากขึ้นแล้ว เช่น หน้าจอ LCD/OLED แบตเตอรี่ แผงวงจร เป็นต้น
แต่สำหรับคอมเครื่องใหญ่หน่อย เช่น เครื่องเดสก์ท็อปพีซี อาจจะไม่จำเป็นต้องใช้แรมแบบใหม่นี้เท่าไหร่ เพราะมีพื้นที่ในเครื่องมากพอสำหรับการติดตั้งแผงแรมอยู่แล้ว หรืออย่างมากสุดก็รอจนกว่าต้นทุนของแรมแบบใหม่จะลดลงมาต่ำกว่าแรมแท่งที่ใช้อยู่เสียก่อน ส่วนกลุ่มของโน้ตบุ๊ก อันนี้น่าจะฝากความหวังไปที่แรมแบบ LPCAMM2 ก่อนจะดูใกล้ตัวกว่า
ส่วนที่น่าจะสามารถนำแรมประเภทนี้ไปใช้งานได้เต็มที่จริง ๆ ก็คงเป็นพวกหุ่นยนต์ประเภท soft robotics ที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง รองรับการโค้งงอที่มากกว่าหุ่นปกติ เพื่อทำให้สามารถเคลื่อนไหวและปฏิบัติงานได้ใกล้เคียงความเป็นธรรมชาติ ตัวอย่างก็น่าจะเป็นพวกเครื่องจักรในสายการผลิต สายงานบริการ รวมถึงสายงานทางการแพทย์ในอนาคต ซึ่งถ้าสามารถออกแบบชุดแผงวงจรและฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ให้เป็นแบบที่โค้งงอได้ มีความยืดหยุ่นสูง ก็จะช่วยลดข้อจำกัดในการออกแบบหุ่นลงได้อีกมาก
