‘แจ็ก คิลบี’ บิดาแห่งไมโครชิป เครื่องคิดเลข และเครื่องพิมพ์ความร้อน

ดูเหมือนปฏิบัติการสอดแนมในรูปแบบต่างๆ ของรัฐบาลจีนในช่วงนี้จะไม่มีแผ่ว เริ่มตั้งแต่ ‘บอลลูนจีน’ ที่ไม่รู้ลอยมาจากไหน แต่จู่ๆ ก็ไปโผล่เหนือรัฐมอนแทนา อะแลสกา และดินแดนยูคอนของแคนาดา แม้ไม่อาจทราบได้ว่าบอลลูนดังกล่าวมีเป้าประสงค์อะไร แต่หนึ่งในบอลลูนทั้ง 3 ลูกนี้ ลูกที่พบครั้งแรกเหนือน่านฟ้ารัฐมอนแทนา จีนก็ยอมรับตามตรงว่าเป็นของจีน แม้จะบอกว่าเป็นบอลลูนตรวจอากาศเพื่อการทดลองก็ตาม 

ปมบอลลูนยังไม่ทันแผ่ว ก็มีอีกเรื่องจากกรณีที่บริษัท ASML Holding NV ผู้ผลิตเครื่องจักรผลิตแผงวงจรเซมิคอนดักเตอร์และเครื่องจักรพิมพ์ไมโครชิปรายใหญ่ของโลก สัญชาติเนเธอร์แลนด์ ระบุในรายงานประจำปีว่า พบอดีตพนักงานชาวจีนขโมยข้อมูลเทคโนโลยีของบริษัทไป 

คำแถลงของ ASML ระบุว่า การขโมยข้อมูลครั้งนี้เกิดขึ้นในที่เก็บข้อมูลซึ่งรวมถึงรายละเอียดของระบบลิโธกราฟฟีที่สำคัญต่อการผลิตหนึ่งในชิปที่ล้ำสมัยที่สุดของโลก  แต่ไม่ได้ลงรายละเอียดว่าได้ข้อมูลอะไรไปบ้าง  

ขณะที่รายงานข่าวจากบลูมเบิร์กเสริมว่า ข้อมูลดังกล่าวมาจากโปรแกรมการจัดการวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ที่เรียกกันว่า ทีมเซ็นเตอร์ (Teamcenter) ข้อมูลจากเว็บไซต์ของซีเมนส์ซึ่งเป็นผู้ให้บริการระบบ Teamcenter ระบุว่า โปรแกรมนี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บข้อมูลทางเทคนิคที่ใช้ร่วมกันได้ โดยอนุญาตให้พนักงานแต่ละกลุ่มสามารถทำงานร่วมกันและจัดการพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตนเอง ผ่านการอนุญาตให้ทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องสามารถเข้าถึงที่จัดเก็บความรู้ ข้อมูลต่างๆ และกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ทั้งหมดเดียวกัน 

กรณีของ ASML รอบนี้มีขึ้นในห้วงเวลาเดียวกับที่สงครามไมโครชิประหว่างจีนกับสหรัฐฯ เริ่มกลับมาทวีความตึงเครียดอีกรอบ บรรดาบริษัทเทคโนโลยีหลายแห่งเริ่มหันทิศแหล่งผลิตป้อนห่วงโซ่อุปทานมายังแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และอินเดียมากขึ้น จากความสำคัญของอุตสาหกรรมชิปที่จะมีบทบาทต่อโลกเพิ่มมากขึ้นในทุกขณะ 

พูดถึงแผงวรจรขนาดเล็กหรือ ‘ไมโครชิป’ เป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กที่สำคัญอย่างมากต่อชีวิตประจำวันของเราทุกคนในโลกยุคนี้ เราทุกคนจะมีเจ้าอุปกรณ์ชิ้นนี้ติดตัวกันไม่น้อยกว่า 1 ชิ้น ผู้อ่านที่กำลังอ่านบทความนี้อยู่ ก็มีไมโครชิปอยู่บนมือเช่นกันผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ แต่น้อยคนจะทราบว่า บุคคลที่มีส่วนสำคัญในการพัฒนาแผงวงจรรวมขนาดเล็กนี้ เป็นบุคคลเดียวกับที่คิดค้นเครื่องคิดเลข และเครื่องปรินแบบความร้อนที่ใช้ตามห้างสรรพสินค้าหลายแห่ง ชายผู้มีบทบาทสำคัญนี้คือ ‘แจ็ก คิลบี’ (Jack Kilby) 

แม้จะบอกว่า แจ็ก คิลบี เป็นพัฒนาแผงวรจรขนาดเล็ก แต่จริงๆ แล้วแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือ IC มีต้นกำเนิดยาวนานและถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องในหลายทศวรรษ  

ต้องอธิบายก่อนว่า วงจรรวม หรือวงจรเบ็ดเสร็จ (integrated circuit - IC) หมายถึง วงจรที่นำเอาไดโอด ทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และองค์ประกอบวงจรต่างๆ มาประกอบรวมกันบนแผ่นวงจรขนาดเล็ก การสร้างองค์ประกอบเหล่านี้ลงบนแผงวรจรเดียวกันจึงมีความละเอียดและความซับซ้อนสูงซึ่งจะทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ที่ซับซ้อนอย่างคอมพิวเตอร์ หรือเครื่องคำนวณต่างๆ 

IC เกิดขึ้นจากแนวคิดของ เจฟฟรีย์ ดัมเมอร์ (Geoffrey W.A. Dummer) นักวิทยาศาสตร์เรดาร์จากอังกฤษ ที่ริเริ่มแนวคิดการสร้างแผงวงจรรวมในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 โดยสามารถสร้างไอซีจากเซรามิกส์ตัวแรกได้ในปี ค.ศ. 1956 แต่ยังไม่ประสบผลสำเร็จ ในเวลานั้นมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่คิดค้นแผงวงจรรูปแบบต่างๆ ของมา แต่สิ่งที่เป็นจุดเปลี่ยนของ IC เกิดขึ้นจากสองนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่ชื่อ แจ็ก คิลบี และ โรเบิร์ต นอยซ์ (Robert Noyce) ที่คิดค้นแผงวงจรขนาดเล็กที่เรีกว่า 'ไมโครชิป'

สองนักวิทย์ที่ (บังเอิญ) คิดเปลี่ยนโลก  

เป็นเรื่องบังเอิญที่ในช่วงทศวรรษ 1950 นักวิทยาศาสตร์ 2 คนซึ่งไม่เคยรู้จักกันมาก่อน ทำงานคนละบริษัทแต่กลับคิดสร้างในสิ่งเดียวกันที่ต้องการเปลี่ยนแปลงโลก นั่นคือจะเป็นอย่างไรถ้าคุณนำส่วนประกอบทั้งหมดของแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์มารวมไว้ในชิ้นส่วนขนาดเล็กชิ้นเดียวด้วยการต่อยอดงานของ เจฟฟรีย์ ดัมเมอร์ ผลงานของทั้งสองได้ปฏิวัติวงการอิเล็กทรอนิกส์และปูทางไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อันทันสมัยมากมายในปัจจุบัน ในบทความนี้จะขอพูดถึงบทบาทของ แจ็ก คิลบี หนึ่งในผู้สร้างไมโครชิปสิ่งประดิษฐ์ที่เปลี่ยนโลกเราไปตลอดกาล  

แจ็ก คิลบี เกิดในปี 1923 ที่รัฐมิสซูรี จบการศึกษาปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิตสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ หลังเรียนจบเขาเข้าทำงานในบริษัทอิเล็กทรอนิกส์หลายแห่ง ก่อนจะเข้าร่วมกับบริษัท Texas Instruments (TI) เมื่อปี 1958 

ที่ TI คิลบีได้รับมอบหมายให้ทำงานในโครงการใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างอุปกรณ์โซลิดสเตตที่สามารถแทนที่หลอดสุญญากาศขนาดใหญ่ สำหรับใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทว่าในเวลานั้นโครงการดังกล่าวถูกระงับไป เคอร์บีจึงหันวิจัยเกี่ยวกับแผงวรจรอิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่แทน  

คิลบีมีไอเดียว่า ส่วนประกอบสำคัญของแผงวรจรทั้งทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ สามารถสร้างบนแผงวรจรเดียวกันได้ แทนที่จะวางชิ้นส่วนเหล่านี้บนส่วนประกอบที่แยกจากกันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟระโยงระยาง แต่ปัญหาคือจะใช้วัสดุชนิดใดระหว่างซิลิกอน (Si) หรือเจอร์เมเนียม (Germanium) ซึ่งเป็นธาตุในกลุ่มก้ำกึ่งระหว่างโลหะและอโลหะ ในการเป็นวัสดุหลักเชื่อมวงจรเหล่านี้เข้าด้วยกัน เนื่องจากวัสดุทั้งสองต่างมีข้อดีข้อเสียต่างกันออกไป 

เดือนกันยายน 1958 คิลบีประสบความสำเร็จในการสร้างวงจรรวมแบบเบ็ดเสร็จ ที่ใช้งานได้จริงตัวแรกจากวัสดุเจอร์เมเนียม โดยเป็นแผงวงจรขนาดเล็กที่มีทรานซิสเตอร์ ตัวต้าน และตัวเก็บประจุไม่กี่ตัว เชื่อมทั้งหมดต่อกันบนวัสดุชิ้นเดียว ในช่วงแรกวงจรรวมของคิลบีย์ ยังไม่ได้รับการยอมรับในวงกว้างว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ปฏิวัติวงการ อย่างไรก็ตาม คิลบีก็ใช้เวลาว่างหลังได้รับคำสั่งให้กลับมาพัฒนาอุปกรณ์โซลิดสเตตของบริษัท มาต่อยอดปรับแต่งพัฒนาแผงวงจรของเขาต่อไปกระทั่งปี 1959 จึงได้ยื่นจนสิทธิบัตร  

แม้วงจรของเคอร์บีจะสามารถนำอุปกรณ์สำคัญมารวมกันเป็นชิ้นเดียวได้ แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการจากการใช้วัสดุหลักเป็นเจอร์เมเนียม 

ปี 1959 หนึ่งปีหลังจากคิลบีย์สร้างแผงวงจร IC จากเจอร์เมเนียม อีกฟากหนึ่งของประเทศในรัฐแคลิฟอร์เนีย นักวิทยาศาสตร์ที่ชื่อ โรเบิร์ต นอยซ์ ประดิษฐ์แผงวงจรรวมจากซิลิกอนสำเร็จ สิ่งนี้ทำให้สามารถสร้างไมโครชิปที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้  

ภายหลังนอยซ์คือหนึ่งในผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท  Intel Corporation ผู้ผลิตชิปรายใหญ่ของโลกในปัจจุบัน ผลงานไมโครชิปของนอยซ์ นำไปสู่การก่อตั้งย่านใหม่ทางใต้สุดของเขตอ่าวซานฟรานซิสโกที่ชื่อว่า ‘ซิลิกอนวัลเลย์’ เพื่อเป็นเกียรติแก่ผลงานของเขา 

เครื่องคิดเลขถึงพรินเตอร์ความร้อน  

กลับมาที่แจ็ก คิลบี หลังจากที่เขาประสบความสำเร็จในการสร้างแผงวงจรรวมจากเจอร์เมเนียม เขาได้ต่อยอดนำแผงวงจรดังกล่าวไปสู่การพัฒนาเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกคือ TI-2500 ในปี 1967 

TI-2500 เป็นเครื่องคิดเลขตั้งโต๊ะขนาดเล็กที่ใช้วงจรรวมแทนส่วนประกอบเครื่องกลไฟฟ้าแบบดั้งเดิม เป็นเครื่องคิดเลขเครื่องแรกที่ผลิตจำนวนมากและขายในราคาย่อมเยาเพียง 150 ดอลลาร์สหรัฐ และกลายเป็นที่นิยมอย่างรวดเร็วในหมู่ภาคธุรกิจและการใช้งานส่วนบุคคลทั่วไป  

TI-2500 นับเป็นเครื่องคิดเลขตั้งโต๊ะที่สามารถใช้งานฟังก์ชันเลขคณิตพื้นฐาน เช่น การบวก การลบ การคูณ และการหาร มีจอแสดงผล LED สีแดงและแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่สามารถจ่ายไฟให้กับเครื่องคิดเลขได้นานหลายชั่วโมง เครื่องคิดเลขได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วจากธุรกิจและบุคคลทั่วไปที่ต้องการคำนวณอย่างรวดเร็วและแม่นยำ 

อีกเทคโนโลยีที่ต่อยอดจากการประดิษฐ์วงจรรวมของคิลบีคือ เครื่องพิมพ์ความร้อน (Thermal Printers) ช่วงต้นทศวรรษ 1960 เขาได้ทำงานในโครงการเพื่อพัฒนาเครื่องพิมพ์ขนาดกะทัดรัดและเชื่อถือได้สำหรับใช้กับคอมพิวเตอร์ เป้าหมายคือการสร้างเครื่องพิมพ์ที่มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และราคาถูกกว่าเครื่องพิมพ์เชิงกลไฟฟ้าที่มีอยู่ในขณะนั้น 

คิลบีและทีมของเขาเกิดแนวคิดในการใช้ความร้อนเพื่อถ่ายโอนตัวหนังสือลงบนกระดาษ พวกเขาได้พัฒนาเครื่องพิมพ์ความร้อนรุ่นต้นแบบในปี 1964 โดยเป็นการพิมพ์ด้วยความร้อนโดยไม่ต้องมีหมึกเป็นตัวกลาง แต่ตัวเนื้อกระดาษจะมีเคมีทำให้เมื่อโดนความร้อนในปริมาณที่พอเหมาะจะเกิดเป็นภาพและตัวอักษร มีข้อดีในแง่การใช้งานได้อย่างต่อเนื่องแบบไม่ต้องกลัวหมึกหมด สะดวกและรวดเร็ว เหมาะกับการพิมพ์ใบเสร็จทั่วไปที่ใช้ตามธุรกิจค้าปลีกและร้านสะดวกซื้อทั่วไป ตลอดจนยังถูกใช้ในเครื่องโทรสาร เครื่องพิมพ์เทอร์มอลเครื่องถูกใช้กับคอมพิวเตอร์ในยุคแรกๆ และได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วเนื่องจากความเร็วในการพิมพ์ที่ราคาไม่แพง 

ทั้งคิลบีและนอยซ์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2000 คิลบีเสียชีวิตลงเมื่อ 20 มิถุนายน 2005 แต่ผลงานของเขาทั้งแผงวงจรรวม เครื่องคิดเลข และเครื่องพิมพ์ความร้อน เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เปลี่ยนโลกไปตลอดกาล และยังคงวนเวียนอยู่ในชีวิตประจำวันของเราจนปัจจุบัน