[Chip Hall of Fame] เทคโนโลยีที่ปฏิวัติคอมพิวเตอร์ไปสู่อุปกรณ์พกพา Toshiba NAND Flash Memory
ครั้งหนึ่งการที่คอมพิวเตอร์เริ่มมีหน่วยความจำ ( Stored-Program Computer ) จากทฤษฏีและแนวคิดในการสร้าง Universal Turing Machine ของอลัน ทัวริง ( Alan Turing ) และต่อมาถูกพัฒนาจนกลายเป็น von Neumann Architecture และ Harvard Architecture ** ที่ได้วางรากฐานมาจนถึงปัจจุบันนั้น เป็นการปฏิวัติครั้งใหญ่และเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถขยายศักยภาพไปสู่การทำงานในส่วนอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีการเก็บข้อมูลยุคนั้นมีทั้งแรกเริ่มตั้งแต่การใช้กระดาษเจาะรูในช่วงแรกและยุคที่ใช้เทปแม่เหล็กในการเก็บข้อมูล ซึ่งยาวนานตั้งแต่ทศวรรษที่ 30 ไปจนช่วงทศวรรษที่ 80 ตลอดเวลานั้นแม้ว่าจะมีการพัฒนาเพื่อลดขนาดทางกายภาพ และเพิ่มความจุในการเก็บข้อมูลมากแค่ไหน มันก็ยังคงกินพื้นที่อย่างมหาศาล แถมด้วยข้อจำกัดทางกลไก มันยังช้ามากอีกด้วย
อุปกรณ์เก็บข้อมูลที่ใช้แม่เหล็กที่ดีที่สุดคือ ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ ( Hard Disk Drive – HDD ) ที่ถูกพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 60 ซึ่งเป็นการเก็บข้อมูลลงบนจานแม่เหล็กที่หมุนได้ ด้วยความพยายามอย่างมาก โลกเราเคยมีอุปกรณ์ฟังเพลงพกพา ที่ใช้ฮาร์ดดิสก์ในการเก็บข้อมูลเพลงด้วยล่ะครับ เช่น Ipod Classic ครับ และเราคงไม่สามารถทำให้คอมพิวเตอร์เล็กกว่านั้นได้แน่นอน หากเรายังต้องใช้ฮาร์ดดิสก์ในการเก็บข้อมูลอยู่
ในช่วงทศวรรษที่ 70 เริ่มมีการพัฒนาเทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำ ให้สามารถเก็บข้อมูลได้ โดยที่ได้รับความนิยมและมีการใช้งานอย่างแพร่หลายคือ ชิป EPROM ที่สามารถโปรแกรมซ้ำได้ แต่ต้องลบข้อมูลด้วยรังสี UV แล้วจึงเอาไปโปรแกรมข้อมูลอีกทีด้วยเครื่องโปรแกรม EPROM ก่อน ที่ต่อมาจะมีการพัฒนามาเป็น EEPROM ที่สามารถลบหรือเขียนทับได้ทันทีด้วยสัญญาณไฟฟ้าและไม่ต้องใช้รังสี UV แต่การเขียนลงบน EEPROM นั้นจะค่อนข้างช้ามาก
ในเวลานั้นทั้งเครื่องมือ และชิป EPROM/EEPROM มีราคาแพงและความจุต่ำ จึงทำให้การนำมาต่อร่วมกันจนมีความจุมากๆ เป็นเรื่องที่ไม่คุ้มค่า
ในทศวรรษที่ 80 Fujio Masuoka ในขณะนั้นดำรงตำแหน่งเป็น ผู้จัดการโรงงานของ Toshiba ได้ตัดสินใจที่จะพัฒนาชิปสำหรับเก็บข้อมูลเพื่ออุดช่องว่างสำคัญของเทคโนโลยี ในเวลานั้นที่ Toshiba Fujio Masuoka ได้เริ่มค้นหาวิศวกร 4 คนเพื่อมาออกแบบชิปที่สามารถเก็บข้อมูลได้ในราคาที่เหมาะสม Masuoka ซึ่งปัจจุบันดำรงตำแหน่ง CTO บริษัท Unisantis Electronics ในโตเกียว พูดถึงกลยุทธในเวลานั้นว่า “พวกเราทราบกันดีว่า ต้นทุนของชิปนั้นจะมีราคาถูกลง หากขนาดขนาดของทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง”
ทีมของ Masuoka เริ่มต้นที่การนำเสนอ EEPROM ที่ใช้ทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียวต่อหนึ่งเซลล์หน่วยความจำ ในขณะที่แบบเดิมนั้นใช้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัวต่อหนึ่งเซลล์หน่วยความจำ มันคือความแตกต่างเล็กน้อยที่มีผลอย่างมากต่อต้นทุนของชิป
พวกเขาได้ตั้งชื่อที่น่าประทับใจให้กับหน่วยความจำแบบใหม่ของพวกเขาว่า “Flash – แฟลช” เพราะมันสามารถลบข้อมูลได้เร็วมากๆ
จนถึงตอนนี้ หลายคนคงคิดกันว่า Toshiba คงจะเร่งการวิจัยโครงการหน่วยความจำนี้ เพื่อที่จะผลิตมันออกสู่ตลาดจากนั้นก็เฝ้ามองเส้นรายรับจากการขายชิปที่พุ่งทะยานใช่ไหมครับ? แต่สำหรับบริษัทใหญ่ๆ นั้นการมองข้ามนวัตกรรมภายในดูจะเป็นเรื่องปกติ ทันทีที่ Masuoka นำเสนอมัน หัวหน้าของเขาในเวลานั้นบอกกับเขาว่า “ดีนะ แต่ลืมมันเถอะ”
และแน่นอนว่าเขาทำไม่ได้ เขาได้นำเสนอแบบของชิปหน่วยความจำของเขา ในงานประชุมนานาชาติ IEEE ที่ซานฟรานซิสโก ปี 1984 งานครั้งนั้นได้จุดประกายให้บริษัทอินเทลเริ่มต้นออกแบบชิปหน่วยความจำ โดยใช้ NOR Gates เป็นพื้นฐาน ต่อมาในปี 1988 อินเทลก็เข็นชิปหน่วยความจำขนาด 256 กิโลบิตออกสู่ตลาด มันถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย ทั้งในรถยนต์ คอมพิวเตอร์และในตลาดอื่นๆ และนี่คือธุรกิจใหม่ของบริษัทอินเทล
สุดท้ายแล้ว Toshiba ก็ถูกตลาดบังคับ ทำให้บริษัทกลับมาสนับสนุน Masuoka ในการพัฒนาชิปหน่วยความจำของเขา ชิปหน่วยความจำของ Masuoka นั้นมีพื้นฐานอยู่บน NAND Gates ซึ่งมีความความจุของหน่วยความจำต่อพื้นที่สูงกว่า NOR Gates แต่การผลิตนั้นยุ่งยากกว่า จนในปี 1989 NAND Flash ชุดแรกของ Toshiaba ก็ออกสู่ตลาด แล้วก็เป็นไปตามที่ Masuoka คาดไว้ว่าราคาจะถูกลง
USB Flash Drive – ข้างในใช้ชิปหน่วยความจำแบบ NAND Flash
ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 การถ่ายภาพแบบดิจิตอลกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว Toshiba กลายมาเป็นหนึ่งในผู้เล่นยักษ์ใหญ่ในตลาดที่มีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ ในเวลานั้นความสัมพันธ์ของ Masuoka กับผู้บริหารรายอื่นๆ กลับแย่ลง และเขาก็ลาออกจาก Toshiba ( ในเวลาต่อมาเขาฟ้องบริษัท Toshiba เพื่อเรียกร้องผลประโยชน์ที่เขาควรจะได้รับ จากกำไรอันมหาศาล ซึ่งเขาชนะและได้รับการชดเชยเป็นเงินสด )
ในปัจจุบัน NAND Flash นั้นคือปัจจัยสำคัญของอุปกรณ์พกพา และราคาที่ถูกลงทำให้มันเริ่มเข้ามาแทนที่หน่วยความจำแบบฮาร์ดดิสก์ ทั้งในคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะหรือพกพา นอกจากนั้นมันยังทดแทนหน่วยความจำแบบ EEPROM บนไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นใหม่ๆ ทั้งหมดในปัจจุบันอีกด้วย
**von Neumann Architecture และ Harvard Architecture สามารถดูได้ที่ตอน [Chip Hall of Fame] สร้างความแตกต่างด้วย EEPROM : Microchip Technology PIC16C84
อ้างอิง
http://spectrum.ieee.org/tech-history/silicon-revolution/chip-hall-of-fame-toshiba-nand-flash-memory
ภาพ Flash Drive – https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/USB_flash_drive.JPG
ภาพ IPOD Classic – https://en.wikipedia.org/wiki/File:6G_iPod.svg
**บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความชุด Chip Hall of Fame ซึ่งแปลมากจาก IEEE Spectrum คุณสามารถดูตอนอื่นๆได้ที่หน้ารวมบทความ
[Chip Hall of Fame] ชิปวงจรรวมในตำนาน #เกริ่นนำ หรือ แท็ก Chip Hall of Fame