ชิปอยู่ตรงไหนในเครือข่ายมือถือ?
จากเสาสัญญาณถึง Core Network

จุดเริ่มต้นอยู่ในโทรศัพท์มือถือของเราเอง

รายงานเรื่องอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กับโครงข่ายโทรคมนาคมแบ่งโครงสร้างหลักของเครือข่ายออกเป็น Access Network หรือ RAN, Transport Network และ Core Network และแสดงให้เห็นว่าแต่ละส่วนต้องอาศัยชิปหลายประเภท ลองเดินตามเส้นทางของข้อมูลกันตั้งแต่ต้นทาง

ก่อนจะไปถึงเสาสัญญาณ Semiconductor เริ่มทำงานตั้งแต่ในสมาร์ตโฟน ภายในเครื่องหนึ่งเครื่องไม่ได้มีเพียง Application Processor หรือ CPU แต่ยังมี

• Modem สำหรับสื่อสารกับเครือข่ายมือถือ
• RF Transceiver สำหรับรับและส่งสัญญาณวิทยุ
• Power Management IC สำหรับควบคุมพลังงาน
• Memory สำหรับเก็บข้อมูล
• ชิปควบคุมกล้อง จอภาพ เซนเซอร์ และระบบอื่น ๆ อีกจำนวนมาก

เมื่อผู้ใช้กดส่งข้อมูล สัญญาณจะเดินทางออกจากโทรศัพท์ผ่านคลื่นวิทยุไปยังส่วนที่ใกล้ผู้ใช้ที่สุดของเครือข่าย นั่นคือ Radio Access Network หรือ RAN

RAN: จุดที่โลกของคลื่นวิทยุกับโลกของชิปมาเจอกัน

สำหรับคนทั่วไป สิ่งที่มองเห็นชัดที่สุดของเครือข่ายมือถือคือเสาสัญญาณ แต่สิ่งที่อยู่บนเสาไม่ได้มีแค่สายอากาศ เบื้องหลังมีทั้งวงจร RF วงจรประมวลผล ระบบควบคุม และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ทำงานร่วมกัน สถานีฐานสมัยใหม่มักประกอบด้วย Radio Unit (RU/RRU), Baseband Unit (BBU) และระบบสายอากาศ เช่น Massive MIMO ในเครือข่าย 5G ซึ่งแต่ละส่วนต้องการ Semiconductor คนละประเภท

ฝั่ง Radio Unit คือโลกของ RF Semiconductor เพราะเป็นส่วนที่ทำงานใกล้สายอากาศที่สุด ทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณวิทยุระหว่างสถานีฐานกับโทรศัพท์มือถือ

นี่เป็นตัวอย่างที่ดีว่า Semiconductor ในระบบโทรคมนาคมไม่ได้หมายถึง CPU หรือ GPU เท่านั้น การสื่อสารไร้สายพึ่งพาชิป Analog และ RF อย่างมาก และยิ่งในระบบ 5G ที่ใช้ Massive MIMO และ Beamforming จำนวนวงจร RF ที่ต้องทำงานร่วมกันก็ยิ่งเพิ่มขึ้น

Baseband: จากคลื่นวิทยุมาเป็นข้อมูลดิจิทัล

ถัดจากส่วน Radio คือการประมวลผล Baseband ซึ่งเป็นบริเวณที่ข้อมูลจากคลื่นวิทยุถูกนำมาประมวลผลในรูปแบบดิจิทัล งานที่เกิดขึ้นมีตั้งแต่

• การเข้ารหัสและถอดรหัสข้อมูล
• Modulation และ Demodulation
• การจัดสรรทรัพยากรคลื่นความถี่
• การประมวลผลหลายสายอากาศ
• การตรวจสอบและแก้ไขข้อผิดพลาด รวมถึงงาน Real Time อีกจำนวนมาก

เพราะงานเหล่านี้มีลักษณะแตกต่างกัน จึงใช้ชิปหลายสถาปัตยกรรมร่วมกัน และรายงานก็ชี้ว่าทั้ง BBU และ RRU ประกอบด้วยชิปหลายชนิด ไม่ได้พึ่งพาชิปประเภทเดียว

อุปกรณ์โทรคมนาคมหนึ่งตัวจึงอาจมีชิปหลายชนิดอยู่ร่วมกัน ไม่ใช่เลือกใช้ CPU หรือ ASIC อย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว

Transport Network: เส้นทางลำเลียงข้อมูล

หลังจากข้อมูลผ่าน RAN แล้ว ยังไม่ได้ถึงปลายทางทันที แต่ต้องเดินทางต่อผ่าน Transport Network ถ้าเปรียบเครือข่ายมือถือเป็นร่างกาย

Transport Network เชื่อมสถานีฐานเข้ากับ Core และเชื่อมอุปกรณ์เครือข่ายจำนวนมากเข้าด้วยกัน อุปกรณ์ที่พบมีทั้ง Router, Switch, Optical Transport Equipment และอุปกรณ์สำหรับระบบใยแก้วนำแสง ซึ่งรายงานระบุว่าต้องใช้ Semiconductor หลายประเภท ตั้งแต่ CPU, FPGA และ ASIC ไปจนถึง Optoelectronics

Optical Transport ก็มีชิปเช่นกัน

เมื่อข้อมูลจำนวนมากต้องเดินทางระหว่างสถานีฐานกับ Data Center หรือ Core Network ระบบใยแก้วนำแสงมีบทบาทอย่างมาก หลายคนอาจมองว่า Fiber Optic เป็นเพียงสายแก้วที่ใช้ส่งแสง แต่ระบบ Optical Communication ต้องใช้ Semiconductor จำนวนมาก เช่น

• Laser Diode สำหรับสร้างสัญญาณแสง
• Photodetector สำหรับเปลี่ยนแสงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า
• ชิปที่ช่วยประมวลผลและควบคุมการส่งข้อมูลความเร็วสูง

Semiconductor กลุ่มนี้เรียกว่า Optoelectronics แม้ข้อมูลจะวิ่งอยู่ในเส้นใยแก้วนำแสง แต่จุดเริ่มต้นและปลายทางของแสงก็ยังต้องอาศัย Semiconductor

Router และ Switch: ทางแยกของข้อมูล

ข้อมูลบนเครือข่ายไม่ได้เดินทางเป็นเส้นตรง ทุก ๆ วินาที Router และ Switch ต้องตัดสินใจว่าจะส่ง Packet จำนวนมหาศาลไปยังเส้นทางใด งานลักษณะนี้ต้องการทั้งความเร็วและประสิทธิภาพสูง จึงมักใช้ชิปที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการประมวลผล Packet เช่น ASIC หรือ Network Processor ขณะที่ CPU ทำหน้าที่ควบคุมระบบ และอาจมี FPGA ในบางฟังก์ชันที่ต้องการความยืดหยุ่น

Core Network: สมองของเครือข่ายมือถือ

เมื่อข้อมูลผ่าน RAN และ Transport Network แล้ว ก็จะเข้าสู่ Core Network ซึ่งไม่ได้เพียงรับและส่งข้อมูล แต่ยังทำหน้าที่

• จัดการผู้ใช้งานและ Authentication
• Mobility Management
• กำหนด Policy และจัดการ Session
• เชื่อมต่อผู้ใช้ไปยัง Data Network หรือ Internet

ในอดีต Core Network จำนวนมากทำงานบน Hardware ที่ออกแบบมาเฉพาะ แต่เมื่อเข้าสู่ 4G และโดยเฉพาะ 5G แนวโน้มสำคัญคือการใช้ Network Function Virtualization, Cloud-native Architecture และ Software-defined Infrastructure มากขึ้น ทำให้ Network Function จำนวนมากกลายเป็น Software

รายงานระบุว่าฝั่ง Core Network พบ Semiconductor ตั้งแต่ CPU, GPU, ASIC ไปจนถึง FPGA ยิ่งเครือข่ายเป็น Cloud มากขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่าง Telecom Network กับ Computing Infrastructure ก็ยิ่งใกล้กันมากขึ้น

แล้ว GPU มาเกี่ยวกับโทรคมนาคมตั้งแต่เมื่อไร

เดิมที GPU ถูกพัฒนาขึ้นสำหรับงาน Graphics ต่อมากลายเป็นหัวใจของ Machine Learning และ AI และในช่วงหลังเริ่มมีบทบาทในโลก Telecom มากขึ้น เพราะเครือข่ายต้องทำงานที่ใช้ Computing มากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อ AI เข้ามาช่วยบริหารและประมวลผลเครือข่าย

ประเด็นนี้เชื่อมโดยตรงกับเรื่อง AI-RAN ที่เราพูดถึงใน EP2 ซึ่งพยายามนำ AI และ RAN มาอยู่ใกล้กันมากขึ้น ทั้งการใช้ AI เพื่อปรับ Network และการใช้ Computing Infrastructure ร่วมกันระหว่าง RAN กับ AI workload รายงานอธิบายบทบาทของ AI ใน RAN ตั้งแต่ AI-for-RAN ไปจนถึงการแชร์ทรัพยากรประมวลผลระหว่างงานเครือข่ายและ AI

ถ้าแกะเครือข่าย 5G ออกมา เราจะเจอชิปอะไรบ้าง

รวบรวม Semiconductor ที่พบตั้งแต่ต้นทางจนถึง Core จะเห็นว่าเครือข่ายหนึ่งอาจมีชิปหลายกลุ่มมาก

• CPU
• GPU
• DSP
• FPGA
• ASIC
• Memory
• RF IC
• Analog IC
• Power Semiconductor
• Microcontroller
• Optoelectronics
• Network Processor

เมื่อจัดตามส่วนของเครือข่ายที่รายงานกล่าวถึง จะได้ภาพประมาณนี้

สรุปจากประเภทชิปที่กล่าวถึงในแต่ละส่วนของบทความนี้ ไม่ได้หมายความว่าส่วนที่ไม่ได้ระบุจะไม่มีชิปชนิดนั้นอยู่เลย

รายงานเองก็จำแนก Semiconductor ตามหน้าที่ออกเป็นหลายกลุ่ม ทั้ง Logic, Memory, Analog, Optoelectronics, Sensors และ Discrete Devices

ทำไมเรื่องชิปจึงกลายเป็นเรื่อง Telecom

หากมองเพียงด้านหน้า เสาสัญญาณมือถือดูเหมือนโครงสร้างพื้นฐานธรรมดา แต่ถ้าเปิดระบบออกมาดู จะพบว่าแทบทุกฟังก์ชัน ตั้งแต่การรับส่งคลื่นวิทยุ การประมวลผลสัญญาณ การกำหนดเส้นทางข้อมูล การเชื่อมต่อ Fiber การบริหารผู้ใช้ ไปจนถึงการทำงานของ Core Network ล้วนต้องอาศัย Semiconductor

Semiconductor Industry กับ Telecom Industry จึงไม่ได้เป็นสองโลกที่แยกจากกัน แต่เป็นห่วงโซ่เทคโนโลยีเดียวกัน

แต่ชิปทั้งหมดต้อง "ล้ำที่สุด" หรือไม่?

เมื่อเครือข่าย 5G ใช้ Semiconductor จำนวนมาก แปลว่าอุปกรณ์ทั้งหมดต้องใช้ชิป 5 หรือ 3 นาโนเมตรหรือไม่? คำตอบคือ ไม่ ชิปแต่ละประเภทมีความต้องการต่างกัน บางงานต้องการ Performance สูงมาก บางงานต้องการความเสถียร ทนความร้อน ต้นทุนต่ำ หรือผลิตจำนวนมากด้วยกระบวนการที่พิสูจน์มานานแล้ว

รายงานจึงแบ่งเทคโนโลยีการผลิต Semiconductor ออกเป็นหลายระดับ

Legacy / Mature Node  Intermediate Node  Advanced Node

แม้ 5G จะเป็นเทคโนโลยีใหม่ ก็ไม่ได้หมายความว่าชิปทุกตัวในระบบต้องผลิตด้วย Process Node ใหม่ที่สุด และเมื่อเข้าใจจุดนี้ คำถามว่า "สงครามชิปกระทบ 5G แค่ไหน" ก็จะมีคำตอบที่ละเอียดขึ้น เพราะผลกระทบไม่ได้ขึ้นอยู่เพียงว่าโลกขาด "ชิป" หรือไม่ แต่ขึ้นอยู่กับว่า

• ขาดชิปชนิดไหน?
• ชิปนั้นทำหน้าที่อะไรในเครือข่าย?
• ผลิตด้วยเทคโนโลยีระดับใด?
• สามารถหาผู้ผลิตอื่นทดแทนได้หรือไม่?