ชิป Z1 คืออะไร? ทำงานยังไง? และต่างจาก GPU ตรงไหน?

ชิป Z1 คือชิปประมวลผล AI รุ่นใหม่จาก Extropic ที่ออกแบบมาเพื่อการคำนวณแบบความน่าจะเป็นโดยเฉพาะ ภายในชิปมี pbits มากกว่า 269,000 ตัว ซึ่งสามารถสุ่มสถานะและประมวลผลข้อมูลภายในชิปได้โดยตรง จุดเด่นคือ Z1 มีขนาดไม่ถึง 12 มิลลิเมตรต่อด้าน แต่ใช้พลังงานต่ำกว่า 1 วัตต์ และนี่คือแนวคิดของฮาร์ดแวร์ AI ที่แตกต่างจาก GPU แบบที่เราเคยรู้จัก

ในวันที่การพัฒนา AI ต้องแลกมาด้วยการใช้พลังงานและทรัพยากรคอมพิวเตอร์ที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ บริษัทสตาร์ตอัปรายหนึ่งกำลังพยายามเปลี่ยนวิธีคิดเรื่องชิป AI ไปอีกทาง ด้วยแนวคิดที่ฟังดูสวนทางกับคอมพิวเตอร์แบบเดิม นั่นคือ การนำ “ความสุ่ม” ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มาใช้เป็นส่วนหนึ่งของการคำนวณ และหนึ่งในผลงานสำคัญของแนวคิดนี้คือ Z1 จาก Extropic

Extropic คือใคร?

Extropic เป็นบริษัทด้านฮาร์ดแวร์ AI ที่พัฒนาแนวคิด Thermodynamic Computing หรือการประมวลผลที่อาศัยพฤติกรรมทางความน่าจะเป็นของระบบทางกายภาพ โดยบริษัทมองว่า AI รุ่นใหม่ โดยเฉพาะงาน Generative AI มีลักษณะเป็น “probabilistic” หรือเกี่ยวข้องกับการสุ่มและการกระจายความน่าจะเป็นอยู่แล้ว จึงอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าหากสร้างฮาร์ดแวร์ที่รองรับการคำนวณลักษณะนี้โดยตรง แทนที่จะใช้ชิปดิจิทัลแบบเดิมแล้วจำลองความน่าจะเป็นขึ้นมาภายหลัง

แนวคิดของ Extropic คือ Thermodynamic Sampling Unit หรือ TSU ซึ่งไม่ได้ทำหน้าที่เหมือน CPU หรือ GPU ที่ประมวลผลคำสั่งแบบ deterministic แต่ถูกออกแบบมาเพื่อสร้างตัวอย่างจากการกระจายความน่าจะเป็นที่กำหนดไว้ โดยใช้การเชื่อมต่อระหว่างวงจรจำนวนมากเพื่อสร้างพฤติกรรมที่ซับซ้อนขึ้น

หัวใจสำคัญคือ pbit

แล้วชิปจะสร้าง “ความสุ่ม” ได้อย่างไร? คำตอบคือ pbit หรือ probabilistic bit

หากบิตทั่วไปมีค่าเป็น 0 หรือ 1 อย่างใดอย่างหนึ่ง pbit จะมีพฤติกรรมที่สามารถเปลี่ยนไปมาระหว่างสองสถานะ โดยกำหนดความน่าจะเป็นได้ว่าจะอยู่ในสถานะ 0 หรือ 1 มากน้อยแค่ไหน Extropic ใช้ความผันผวนทางความร้อนของทรานซิสเตอร์ CMOS มาเป็นแหล่งกำเนิดความสุ่ม แทนที่จะพยายามกำจัด noise เหล่านี้ออกไปทั้งหมด

คอมพิวเตอร์ทั่วไปพยายามกำจัดความไม่แน่นอน แต่ Extropic พยายามเอาความไม่แน่นอนนั้นมาใช้คำนวณ

เมื่อ pbit จำนวนมากถูกนำมาเชื่อมต่อกัน โดยค่าของแต่ละ pbit จะได้รับอิทธิพลจาก pbit ที่อยู่รอบข้าง ระบบก็สามารถสร้างการกระจายความน่าจะเป็นที่ซับซ้อนขึ้นได้ นี่จึงเป็นพื้นฐานของ Thermodynamic Computing ของ Extropic

ชิป Z1 คืออะไร?

Z1 คือชิป Thermodynamic Computing ระดับ production-scale รุ่นแรกของ Extropic โดยบริษัทระบุว่าชิปมีทั้งหมด 8 คอร์ รวม 269,568 pbits หรือมากกว่า 2.6 แสนตัว อยู่บน die ที่มีขนาดไม่ถึง 12 × 12 มิลลิเมตร และมีอัตราการ sampling มากกว่า 50 MHz โดยใช้พลังงานต่ำกว่า 1 วัตต์

สิ่งที่น่าสนใจคือ Z1 ไม่ได้แค่สร้าง pbits จำนวนมาก แต่ยังเชื่อม pbits เหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างแบบ sparse graph โดยแต่ละ pbit มีการเชื่อมต่อกับเพื่อนบ้าน 16 ตัว และการสุ่มถูกดำเนินการในหน่วยความจำโดยตรงผ่านกระบวนการที่เรียกว่า Gibbs sampling

นี่ทำให้ Z1 แตกต่างจาก GPU อย่างชัดเจน เพราะ GPU ถูกออกแบบมาอย่างดีสำหรับการคำนวณเมทริกซ์ขนาดใหญ่และหนาแน่น ขณะที่ Z1 ถูกออกแบบมาให้การคำนวณแบบ probabilistic เกิดขึ้นภายในโครงสร้างของชิปเอง

แล้วทำไม Z1 ถึงสำคัญ?

ความสำคัญของ Z1 ไม่ได้อยู่แค่ตัวเลข 269,568 pbits แต่คือการแสดงให้เห็นว่าแนวคิด Thermodynamic Computing สามารถก้าวจากชิปต้นแบบอย่าง X0 ไปสู่ชิปขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานจริงในระดับ production-scale ได้

และล่าสุด Extropic ยังเริ่มทดลองนำ Z1 มาประยุกต์กับโมเดลลักษณะ Transformer โดยใช้ Z1 ทำงานบางส่วน ขณะที่งานคำนวณแบบ dense หรือส่วนที่ไม่เหมาะกับโครงสร้าง sparse ของ Z1 ยังคงให้ FPGA หรือ XPU แบบดั้งเดิมช่วยประมวลผล นั่นหมายความว่าแนวทางของ Extropic ในตอนนี้ไม่ได้พยายามโยนทุกอย่างออกจาก GPU แต่กำลังทดลอง แบ่งงานระหว่างชิป probabilistic กับฮาร์ดแวร์ดิจิทัล

Z1 ทำงานแตกต่างจาก GPU อย่างไร?

Z1 ถูกออกแบบมาให้ประมวลผลแบบ probabilistic และ sparse โดยใช้ pbits ที่เชื่อมต่อกันอย่างจำกัดและสุ่มสถานะด้วย Gibbs sampling ภายในชิปเอง ขณะที่ GPU อย่าง NVIDIA H100 ถูกออกแบบมาสำหรับการคำนวณเมทริกซ์ขนาดใหญ่แบบ dense และ deterministic เป็นหลัก ดังนั้น Z1 จึงไม่ได้ตั้งใจมาแทน GPU ทุกงาน แต่เน้นงาน AI ที่มีโครงสร้างแบบ sparse และมีความน่าจะเป็นสูง โดย Extropic ระบุว่าการประมวลผลบางส่วนบน Z1 มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่า GPU หลายร้อยถึงหลายพันเท่าในการประเมินของบริษัท ขณะที่การทดลอง Z1T แบบผสม Z1+FPGA ประเมินว่าประหยัดพลังงานเมื่อเทียบกับ H100 ได้ราว 14–139 เท่า ขึ้นอยู่กับระดับการใช้ GPU ทั้งนี้ตัวเลขดังกล่าวเป็นการทดลองและประมาณการของ Extropic ไม่ใช่ผลที่ยืนยันว่า Z1 เหนือกว่า GPU ในทุกงาน

อนาคตของ Z1 และ Extropic

Extropic กำลังมองไกลกว่า Z1 โดยบริษัทประกาศแผนสร้างระบบที่มี มากกว่า 1 พันล้าน pbits และวางแผนทำระบบ Z1 ในรูปแบบต่าง ๆ รวมถึงระบบประมาณ 0.5 ล้าน pbits และการ์ด PCIe ที่มีมากกว่า 4 ล้าน pbits โดยระบุว่าระบบ Z1 มีเป้าหมายสำหรับปี 2027

เป้าหมายนี้มีความสำคัญ เพราะการจะพิสูจน์ว่า Thermodynamic Computing สามารถเป็นทางเลือกสำหรับ AI ได้จริง ไม่สามารถดูจากชิปเดี่ยวเพียงอย่างเดียว แต่ต้องดูทั้ง ชิป + ระบบเชื่อมต่อ + ซอฟต์แวร์ + อัลกอริทึม และการทำงานร่วมกับฮาร์ดแวร์แบบเดิมในระดับระบบด้วย

สหรัฐฯ เข้ามาสนับสนุนเทคโนโลยีนี้

อีกสัญญาณหนึ่งที่น่าสนใจเกิดขึ้นเมื่อเดือนกรกฎาคม 2026 เมื่อ Extropic ประกาศว่าได้ลงนาม Letter of Intent กับกระทรวงพาณิชย์สหรัฐฯ สำหรับเงินสนับสนุนสูงสุด 75 ล้านดอลลาร์ ผ่าน CHIPS Research and Development Office เพื่อเร่งพัฒนา TSU และสร้างเส้นทางการผลิตในสหรัฐฯ

เงินดังกล่าวมีแผนสนับสนุนการนำ Z1 clusters มาใช้งานและทดสอบกับ Generative AI รวมถึงการพัฒนาชิปรุ่นต่อไปอย่าง Z1.5 ที่บริษัทวางแผนผลิตผ่านโรงงานในสหรัฐฯ อย่างไรก็ตาม จุดสำคัญคือ Letter of Intent ยังไม่ใช่เงินสนับสนุนที่จ่ายเสร็จสมบูรณ์ เพราะยังต้องเจรจาข้อตกลงขั้นสุดท้ายและผ่านเงื่อนไขของโครงการ