กว่าจะมาเป็น “ชิป” ที่คุณรู้จัก: มาดูเส้นทางการผลิต กว่าจะมาสู่สมาร์ตโฟน

ชิปประมวลผล (หรือ SoC – System on Chip) คือหัวใจของสมาร์ตโฟน แล็ปท็อป รถยนต์ไฟฟ้า และแม้กระทั่งเครื่องซักผ้าอัจฉริยะ แต่รู้หรือไม่ว่า กว่าชิป 1 ตัวจะมาถึงมือคุณ ต้องผ่านกระบวนการซับซ้อนมากมายที่กินเวลาหลายเดือนและเกี่ยวข้องกับบริษัทชั้นนำระดับโลกมากมายในแต่ละขั้นตอน แทบไม่มีชิปตัวไหนที่จะเริ่มและจบอยู่ที่บริษัทเดียวกันทั้งหมด

มาดูเส้นทางของชิปเจ้าดังที่คุณรูจักกันดี อย่าง Snapdragon, Dimensity, Exynos, Apple Silicon หรือแม้แต่ของทางฝั่ง PC อย่าง Intel และ AMD ถูกออกแบบโดยใคร ผลิตที่ไหน ผ่านบริษัทอะไรมาบ้าง

วันนี้เราจะพาคุณไปรู้จักทุกขั้นตอนแบบเข้าใจง่าย โดยเน้นที่ขั้นตอนหลักเพื่อให้เห็นภาพได้ง่าย ยกตัวอย่างจากบริษัทที่คุณคุ้นเคยกันดี เช่น Snapdragon หรือ MediaTek มันเริ่มต้นจากที่ไหน และไปจบที่ไหน มาดูกันครับ

ขั้นตอนที่1️⃣ ออกแบบชิป: งานของบริษัท “Fabless”

ขั้นตอนแรกจะเริ่มต้นจากการ “ออกแบบ” บริษัทเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีโรงงานเป็นของตัวเอง พวกเขาจะทำหน้าที่ในออกแยยโครงสร้างและกำหนดฟีเจอร์ของชิปที่จะผลิต เช่น ต้องการความเร็วขนาดไหน ใส่ความสามารถด้าน AI หรือต้องการประหยัดพลังงานในระดับใดบ้าง หรือต้องการเชื่อมต่อเครือข่ายบนเทคโนโลยีใด และมีอะไรใหม่ในโลกนี้อีกบ้างที่จะสามารถใส่เข้าไปชิปที่เขาต้องการได้

ซึ่งต้องอาศัยความรู้ทางวิศวกรรมระดับสูง และใช้เครื่องมือการออกแบบวงจรเฉพาะทาง ที่เรียกว่า EDA Tools (Electronic Design Automation) โดยทำการเขียนและจำลองวงจรขึ้นมาเพื่อดูพฤติกรรมของชิป ทำการวิเคราะห์ทดสอบผลลัพท์  จากนั้นต้องแปลงวงจรที่ออกแบบให้กลายเป็นโครงสร้างทางกายภาพที่สามารถเห็นเป็นรูปธรรม เช่น การจัดวางทรานซิสเตอร์ การเดินสายภายในชิป หลังจากนั้นเมื่อสำเร็จในขั้นตอนออกแบบมาถึงสุดท้ายแล้ว ก็จะถูกส่งต่อไปยังบริษัทที่มีโรงงานผลิต (Foundry) เพื่อผลิตขึ้นมาเป็นชิปจริงในขั้นตอนต่อไป

ตัวอย่างบริษัท Fabless ชั้นนำ:

• Qualcomm: ผู้ออกแบบชิป Snapdragon ที่ใช้ในสมาร์ตโฟน Android ทั่วโลก
• MediaTek: บริษัทจากไต้หวันที่ออกแบบชิป Dimensity และ Helio สำหรับสมาร์ตโฟน
• NVIDIA:  บริษัทจากอเมริกา ที่ออกแบบชิปบน RTX GPU
• AMD:  บริษัทจากอเมริกา ออกแบบชิป Ryzen, Radeon 
• Apple: ออกแบบชิป Apple Silicon เช่น M1, A17 Bionic แต่ไม่ผลิตเองเช่นกัน
• Samsung : ออกแบบชิป Exynos และผลิตเอง เป็นทั้ง Fabless และก็เป็น Foundry หรือมีโรงงานรับผลิตชิปไปด้วยในตัว เราจะเรียกบริษัทแบบนี้ว่า IDM (Integrated Device Manufacturer)
• Intel: ของสหรัฐอเมริกา ก็เป็น IDM เพราะรับงานทั้งเป็น Fabless และก็เป็น Foundry หรือโรงงานผลิตชิปไปด้วยในตัว 

บริษัทเหล่านี้มักไม่มีโรงงานผลิตของตัวเอง จึงถูกเรียกว่า Fabless (ไม่มีโรงงาน) แต่อาจจะยกเว้นบางบริษัทอย่างเช่น Samsung, Intel ที่เป็น IDM

ขั้นตอนที่2️⃣ ผลิตชิป: งานของ “Foundry”

เมื่อออกแบบเสร็จ ไฟล์ออกแบบจะถูกส่งมายัง “Foundry” หรือโรงงานผลิตชิป เป็นโรงงานที่จะมีเครื่องจักรความแม่นยำสูงระดับนาโนเมตรเพื่อใช้ผลิตชิป โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า Photolithography ซึ่งเป็นการฉายแสงผ่านหน้ากากวงจร (mask) ลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนที่เคลือบสารไวแสง เพื่อสร้างโครงสร้างทรานซิสเตอร์นับพันล้านตัวในพื้นที่เพียงไม่กี่ตารางมิลลิเมตร ต้องเล็ก ต้องแม่นยำ เป็นเทคโนโลยีที่มีราคาแพงลิบลิ่ว

โดยเฉพาะโรงงานที่มีเครื่องจักร Photolithography บนเทคโนโลยีแบบ EUV ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ลวดลายบนเวเฟอร์ที่ทันสมัยที่สุดในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ณ ปัจจุบัน เครื่องจักรชนิดนี้มีเพียงบริษัท ASML ของเนเธอร์แลนด์เพียงบริษัทเดียวเท่านั้นในโลก ที่ผลิตขึ้นมาขายให้กับโรงงานเหล่านี้ได้ มันมีมูลค่าสูง ราคาประมาณ 150–200 ล้านเหรียญต่อเครื่อง และถูกควบคุมดูแลอย่างเข้มงวดในการครอบครอง

เจ้าเครื่อง EUV ของ ASML นี้แหละ ที่ถูกรัฐบาลสหรัฐและเนเธอร์แลนด์สั่งแบนไม่ให้จีนเข้าถึง เพื่อป้องกันไม่ให้จีนสามารถผลิตชิป AI, ชิปทหาร, และโปรเซสเซอร์ระดับสูงรุ่นใหม่ออกมาด้วยตัวเองได้ โรงงานในจีนเลยยังต้องใช้เครื่องจักรผลิตชิปประเภท DUV ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเก่า สำหรับผลิตชิปในมาตรฐานที่ดีที่สุดได้เพียงระดับ 7nm เพียงเท่านั้น (แต่ข่าวล่าสุด จีนสามารถผลิตชิปมาตรฐาน 5nm ออกมาด้วยเครื่องรุ่นเก่าอย่าง DUV ได้สำเร็จเรียบร้อยแล้ว ด้วยเทคนิค Multi-Patterning )

แต่เทคโนโลยีหลักที่ใช้ในโรงงาน Foundry ไม่ได้มีแค่ EUV กับ DUV เท่านั้นครับ ยังมีเทคนิคการผลิตอีกหลายประเภท แต่เราจะพูดถึงเทคโนโลยีหลักๆ ได้ดังนี้

• DUV (Deep Ultraviolet Lithography): เครื่องจักรผลิตชิปที่ใช้เทคโนโลยีเก่า ใช้ความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร เหมาะสำหรับชิป 28nm – 7nm มีอยู่ในครอบครองหลายบริษัททั่วโลก รวมถึงโรงงงานผลิตชิปในประเทศจีน
• EUV (Extreme Ultraviolet Lithography): เทคโนโลยีสุดขอบ มีเพียงบริษัทเดียวในโลกเท่านั้นที่สร้างขึ้นมาได้ ใช้แสงที่ความยาวคลื่นสั้นเพียง 13.5 นาโนเมตร เหมาะสำหรับการผลิตชิปขนาด 7nm ลงไปจนถึง 2nm มีแค่บริษัท ASML (เนเธอร์แลนด์) ที่ผลิตเครื่อง EUV ขึ้นมาขายให้โรงงานได้ในปัจจุบัน และถูกควบคุมโดยรัฐบาลเนเธอร์แลนด์และสหรัฐปิดกั้นไม่ให้จีนเข้าถึง
• FinFET (Fin Field-Effect Transistor): เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ที่ใช้โครงสร้างคล้ายครีบปลา ใช้ตั้งแต่ 22nm – 5nm และยังคงเป็นโครงสร้างหลักของ TSMC และ Intel ในบางโหนด
• GAA (Gate-All-Around Transistor): เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์รุ่นใหม่ที่ให้ประสิทธิภาพดีกว่า FinFET ในขนาดต่ำกว่า 3nm โดยมีโครงสร้าง gate ที่ล้อมรอบ channel 360 องศา ช่วยลดการรั่วของกระแสและประหยัดพลังงานมากขึ้น Samsung เป็นบริษัทแรกที่นำ GAA มาใช้ในกระบวนการ 3nm จริงเชิงพาณิชย์
• Multi-Patterning: เทคนิคเพิ่มความละเอียดในการพิมพ์วงจรบนเวเฟอร์ด้วยเครื่อง DUV โดยยิงลายหลายรอบ เหมาะสำหรับโรงงานที่ไม่มีเครื่อง EUV เช่นที่ SMIC สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตชิปในมาตรฐาน 5nm ได้สำเร็จด้วยเครื่อง DUV
• เทคโนโลยีในอนาคต High-NA EUV (Numerical Aperture สูง) → ความละเอียดดีกว่า EUV ปัจจุบัน แต่น่าจะเริ่มใช้งานจริงได้ปี 2026–2027 และ Beyond EUV (BEUV) หรือ E-beam Lithography → ยังคงอยู่ในระดับทดลอง

ยกตัวอย่างบริษัท Foundry ชั้นนำ:

• TSMC (ไต้หวัน) มีเครื่อง EUV ในครอบครอง : ผู้ผลิตชิปให้ Apple, Qualcomm, MediaTek, AMD ฯลฯ
• Samsung Foundry (เกาหลีใต้) มีเครื่อง EUV ในครอบครอง : ผลิตชิป Exynos และรับจ้างผลิตให้ Google, Tesla ฯลฯ
• Intel Foundry Services (IFS) (สหรัฐฯ) มีเครื่อง EUV ในครอบครอง : เดิมผลิตให้ Intel เอง ผลิต Core i, Xeon ตอนนี้เริ่มเปิดรับลูกค้าภายนอก
• SMIC (จีน) ถูกปิดกั้นการเข้าถึงเครื่อง EUV : โรงงานใหญ่ที่สุดของจีน ผลิตชิป Huawei, UNISOC, HiSilicon แต่เป็นโรงงานที่ไม่มีสิทธิ์เข้าถึงเครื่อง EUV จึงต้องเร่งพัฒนาเทคโนโลยีของตัวเองภายใต้การถูกแบนจากตะวันตก
• Rapidus (ญี่ปุ่น) อยู่ระหว่างเริ่มดำเนินการ และมีเครื่อง EUV ในครอบครอง : ได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลญี่ปุ่นและพันธมิตรอย่าง IBM ตั้งเป้าเริ่มผลิตชิป 2nm ด้วย EUV ภายในปี 2027

ขั้นตอนที่3️⃣ บรรจุภัณฑ์และทดสอบ (Packaging & Testing)

เมื่อผลิตเสร็จ ชิปจะถูกตัดออกจากแผ่นเวเฟอร์ นำไปบรรจุลงในแพ็กเกจขนาดเล็ก แล้วทดสอบว่าสามารถทำงานตามที่ออกแบบได้หรือไม่

บริษัทที่รับจ้างงานส่วนนี้ ได้แก่ ASE, Amkor Technology, JCET เป็นต้น

ขั้นตอนที่4️⃣ นำไปใช้งานในสินค้า

เมื่อได้ชิปแล้ว ผู้ผลิตอุปกรณ์ (OEM) เช่น Samsung, Xiaomi, OPPO, Apple จะนำชิปไปใส่ในสมาร์ตโฟนหรืออุปกรณ์อัจฉริยะของตน เช่น:

• Samsung Galaxy S25 Ultra ใช้ชิป Snapdragon 8 Elite จาก Qaulcomm ที่ผลิตโดย TSMC
• Samsung Galaxy S24 ใช้ชิป Exynos 2400 จาก Samsung ที่ผลิตโดย Samsung Foundry
• vivo V30 Pro ใช้ชิป MediaTek Dimensity 8200 จาก MediaTek ที่ผลิตโดย TSMC
• iPhone 15 Pro ใช้ชิป Apple A17 Pro ออกแบบโดย Apple ที่ผลิตโดย TSMC
• HUAWEI MatePad Pro ใช้ชิป Kirin X5 จาก HiSilicon (ในเครือ Huawei) ที่ผลิตโดย SMIC

และนี่คือที่มา ที่ไป ของชิปตัวหนึ่งที่คุณใช้อยู่ทุกวัน — จากแค่แนวคิดในสมองของวิศวกร ออกแบบโดยบริษัท Fabless ส่งต่อให้โรงงาน Foundry ผลิตอย่างแม่นยำระดับนาโนเมตร ผ่านกระบวนการทดสอบและบรรจุอย่างพิถีพิถัน ก่อนจะถูกบรรจุอยู่ในสมาร์ตโฟนหรืออุปกรณ์อัจฉริยะใกล้ตัวเรา

เบื้องหลังชิปขนาดจิ๋วคือความร่วมมือระดับโลก เทคโนโลยีระดับอะตอม และเส้นทางการผลิตที่ต้องใช้ทั้งวิทยาศาสตร์ วิศวกรรม และการวางแผนอย่างมหาศาลอย่างที่เห็นนั้นเลยทีเดียว