Single-Board Computer คืออะไร ? รู้จักคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยวกัน ว่าเทพยังไง ?

Single-Board Computer (SBC) คืออะไร ?

ซิงเกิลบอร์ดคอมพิวเตอร์ (Single-Board Computer) หรือเรียกย่อ ๆ ว่า "SBC" เป็นอุปกรณ์ที่ในปัจจุบันนี้นิยมใช้งานกันอย่างแพร่หลาย มีการนำมาใช้สอนในโรงเรียน, มหาวิทยาลัย, โรงงาน และในหมู่นักประดิษฐ์ เนื่องจากมันเป็นอุปกรณ์ราคาถูกที่สามารถนำมาใช้ในการเรียนด้านเขียนโค้ด หรือประดิษฐ์อุปกรณ์อัจฉริยะที่ไม่ได้มีความซับซ้อน

SBC เป็นสิ่งที่มีมาตั้งแต่ช่วงยุค 70 แต่เสื่อมความนิยมไปช่วงเวลาหนึ่ง แล้วเพิ่งกลับมาได้รับความนิยมอีกอีกครั้งในช่วงสิบกว่าปีนี้เอง

สำหรับคนที่ยังไม่รู้ว่า SBC คืออะไร ? ในบทความนี้ เราจะมาแนะนำ SBC ให้คุณผู้อ่านรู้จักกัน ...

คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว คืออะไร ? (What is Single-Board Computer ?)

สำหรับ "Single-Board Computer (SBC)" เป็นอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติการทำงานตามชื่อของมันเลย แปลเป็นไทยคือ "คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว" คือมีคุณสมบัติเหมือนคอมพิวเตอร์ทุกประการ เพียงแต่ส่วนประกอบทั้งหมดถูกสร้างมาให้รวมอยู่บนแผงวงจร หรือแผ่นบอร์ด (Printed Circuit Board - PCB) ทำให้มันเป็นคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็ก แต่ราคาไม่แพง สามารถซื้อมาใช้ประโยชน์ได้หลายอย่างนั่นเอง

ระบบปฏิบัติการที่ SBC ใช้งานได้ก็มีตั้งแต่ Windows, Linux หรือ Android Open Source Project (AOSP) โดยขึ้นอยู่กับสเปกของ SBC ว่ารองรับระบบปฏิบัติการอะไรได้บ้าง ?

โดย SBC จะถูกกำหนดสเปกเอาไว้ล่วงหน้าเลย ว่าจะเป็น หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) อะไร ? มี หน่วยความจำหลัก RAM เท่าไหร่ ? มีพอร์ตเชื่อมต่ออะไรบ้าง ? ต่างจากคอมพิวเตอร์ปกติ ที่ผู้ใช้สามารถเลือกปรับแต่งสเปกได้

สำหรับคนทั่วไป SBC อาจจะไกลตัว แต่ในแวดวงการศึกษา และห้องปฏิบัติการ มันเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างได้รับความนิยม เราสามารถใช้ SBC เพื่อเรียนรู้วิธีการเขียนโค้ดคอมพิวเตอร์ หรือหัวข้ออื่น ๆ ที่มีคอมพิวเตอร์เป็นส่วนประกอบ เช่น การพัฒนาหุ่นยนต์ หรือระบบสายพานในโรงงานอุตสาหกรรม

ด้วยความที่ SBC มีขนาดที่เล็กมาก แต่ประสิทธิภาพในการทำงานค่อนข้างเชื่อถือได้ มันจึงถูกนำไปประยุกต์ใช้งานในหลายอุตสาหกรรม แม้แต่ในทางการทหาร, การสำรวจใต้ทะเล, ภารกิจอวกาศ, ระบบรักษาความปลอดภัย, ระบบผลิตอัตโนมัติ ฯลฯ

ภาพจาก : https://www.lattepanda.com/lattepanda-3-delta

คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว ทำงานอย่างไร ? (How does Single-Board Computer work ?)

Single-Board Computer (SBC) ก็มีโครงสร้างเหมือนกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป มี Printed Circuit Board (PCB) ที่ทำหน้าที่เป็น แผงวงจรหลัก (Mainboard) แต่สำหรับใน SBC จะเรียกว่า "Backplane" ใช้ชิปแบบ SoC ในการประมวลผล, มีชิปเสียง และพอร์ตสำหรับต่อพ่วง (Peripherals) อุปกรณ์อื่น ๆ อย่างเช่น หน้าจอ, การ์ดเน็ตเวิร์ก (Ethernet Card), แป้นพิมพ์ (Keyboard), เมาส์ (Mouse), ลำโพง ฯลฯ ในส่วนของที่เก็บข้อมูลนิยมใช้ อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบ eMMC และอาจจะรองรับการขยายพื้นที่เพิ่มได้ด้วย SD Card ส่วนข้อมูล และภาคจ่ายไฟก็จะถูกรับส่งผ่าน Backplane ได้โดยตรง ในภาคอุตสาหกรรม SBC นิยมใช้ใน "Rack system" เพื่อให้ง่ายต่อการประยุกต์ใช้งานกับระบบต่าง ๆที่มีอยู่แล้ว

ภาพจาก : https://www.cnx-software.com/2021/04/28/19-inch-rackmounts-support-up-to-16-front-removable-raspberry-pi-sbcs/

SBC มีสเปกให้เลือกอยู่หลายระดับ แตกต่างกันที่ขนาด, ความแรง, รูปแทรง, พอร์ตเชื่อมต่อที่มีให้, ช่วงอุณหภูมิต่ำสุด-สูงสุดที่สามารถทำงานได้ ฯลฯ ด้วยโครงสร้างที่ไม่ซับซ้อน บ่อยครั้งที่เราจะเห็น SBC ที่มีขนาดเล็ก และบางเป็นพิเศษ เพื่อใช้ใน Embedded Computer Controller หรือ Embedded Controller (EC) ทำหน้าที่เป็น Microcontroller ฝั่งอยู่ในอุปกรณ์ หรือระบบควบคุมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้า, เครื่องจักร, รถยนต์ ฯลฯ

ในปัจจุบันนี้ เทคโนโลยีมีความก้าวกระโดดมาไกลกว่าในอดีตมาก ทำให้ SBC ในปัจจุบันนี้มีประสิทธิภาพสูงมาก คอมพิวเตอร์ที่เคยใหญ่โต สามารถย่อให้อยู่ใน PCB แผ่นเล็ก ๆ ได้แล้ว มันสามารถทำอะไรได้มากขึ้น SBC รุ่นใหม่ สามารถใช้มันในการติดตั้งระบบปฏิบัติการ Windows 11 ได้ด้วยซ้ำ ในขณะที่ราคากลับถูกลง

ภาพจาก : https://www.watelectronics.com/know-all-about-raspberry-pi-board-technology/

ตัวอย่างการใช้งานของ คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (Examples of Single-Board Computer usage)

อย่างที่เกริ่นไปตั้งแต่แรกว่า ผู้ใช้ทั่วไปอาจไม่รู้สึกถึงประโยชน์ของ Single-Board Computer (SBC) มากนัก เพราะถึงมันจะแรงพอที่จะรันระบบปฏิบัติการ Windows ได้ แต่มันเหมาะกับ Linux ที่ใช้ทรัพยากรต่ำกว่า จะเอามา SBC มาใช้ทำ Photoshop หรือเล่น เกมระดับ AAA ก็ยังไม่ไหว ดังนั้นถ้าคุณไม่ใช่นักเรียน หรือนักพัฒนา SBC จึงดูเหมือนจะไกลตัว แต่เอาจริง ๆ SBC อาจมีอยู่ใน แกดเจ็ต (Gadget) ที่คุณซื้อมาใช้งานอยู่ในบ้าน โดยเฉพาะในพวกอุปกรณ์ อินเทอร์เน็ตแห่งสรรพสิ่ง (Internet of Things - IoT) นี่ SBC ถือได้ว่าเป็นหัวใจหลักในการทำงานเลยก็ว่าได้

ในวงการเฝ้าระวัง และระบบรักษาความปลอดภัย ก็นิยมใช้ SBC เช่นกัน ถึงแม้ว่าในทางเทคนิคแล้ว เราสามารถใช้ SBC ในการรันซอฟต์แวร์บางอย่างที่ใช้งานกันในสำนักงานได้ แต่ก็ไม่เป็นที่นิยมมากนัก เนื่องจากสถาปัตยกรรมที่ใช้ในชิป SoC นั้นเป็นแบบ สถาปัตยกรรม ARM ที่ไม่ได้มีซอฟต์แวร์สำนักงานรองรับมากนัก

ตรงกันข้ามกับในภาคอุตสาหกรรม ที่ SBC เป็นที่นิยมใช้งานอย่างมาก มันถูกใช้เป็นเซิร์ฟเวอร์แบบพื้นฐาน หรือเครื่องควบคุมเครื่องจักรราคาประหยัดที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งในระบบอัตโนมัติของอุตสาหกรรมการผลิตจะนิยมเรียกว่า Embedded Controller โดย SBC มีบทบาทสำคัญหลายด้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบควบคุม และตรวจจับข้อมูลต่าง ๆ อย่างเช่น ระบบแขนกล และระบบสายพาน SBC จะเข้าไปช่วยให้ระบบเหล่านี้สามารถทำงานแบบอัตโนมัติได้

ในส่วนของระบบ IoT ทั้งในบ้าน และระดับอุตสาหกรรม SBC จะช่วยทำหน้าที่ด้านการสื่อสาร และรับส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถเก็บข้อมูลมาวิเคราะห์เพื่อปรับปรุงคุณภาพการผลิตให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้

คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว ที่ได้รับความนิยม (Famous Single-Board Computers)

ในปัจจุบันนี้ มีผู้ผลิต Single-Board Computer (SBC) อยู่หลายแบรนด์ให้ผู้ที่สนใจสามารถเลือกซื้อมาใช้ได้ สำหรับแบรนด์ที่ได้รับความนิยม ก็อย่างเช่น

Raspberry Pi

SBC จากค่าย Raspberry Pi น่าจะเป็นยี่ห้อที่มีคนรู้จักมากที่สุด เราสามารถพบเห็นการใช้งาน Raspberry Pi ได้แทบทุกที่ตั้งแต่ในห้องทดลอง, มหาวิทยาลัย หรือตามโรงงานต่าง ๆ รวมไปถึงนิยมในหมู่นักประดิษฐ์ด้วย มันมีราคาถูก และใช้งานง่าย ทางผู้ผลิตมีการพัฒนาอัปเดตรุ่นใหม่ออกมาเป็นระยะให้สเปกเพิ่มสูงขึ้น

ภาพจาก : https://www.raspberrypi.com/news/m-a-r-s-rover-robot-magpimonday/

Arduino

นี่ก็เป็นอีกหนึ่ง SBC ที่ได้รับความนิยมไม่แพ้ Raspberry Pi แต่โครงสร้างการทำงานของมันมีความแตกต่างกัน

Arduino เป็นบอร์ดแบบเรียบง่ายที่มีชิป Microcontroller ฝังอยู่ตัวเดียว มีหน่วยความจำค่อนข้างจำกัด เหมาะกับการทำงานทีละคำสั่งที่มีความเจาะจง ในขณะที่ Rasberry Pi นั้นเป็นเหมือนคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋ว มีระบบปฏิบัติการในตัว ไม่มีตัวไหนดีกว่ากัน มันขึ้นอยู่กับลักษณะงานที่ต้องการทำ

ภาพจาก : https://projecthub.arduino.cc/me_rk/diy-automatic-plant-watering-system-no-microcontroller-needed-ad1e54

BeagleBone

สำหรับ SBC จากค่าย BeagleBone จะมีโครงสร้างเหมือนกับ Rasberry Pi และเป็น เปิดเผยซอร์สโค้ด (Open-Source) เช่นกัน แต่ว่าสเปกจะทำมาแรงกว่ามาก เหมาะสำหรับคนที่ต้องการใช้ทำงานที่มีความซับซ้อนมากขึ้น แต่แน่นอนว่าเมื่อประสิทธิภาพสูงขึ้น ราคาก็แรงตามไปด้วย 

ภาพจาก : https://www.hackster.io/patrickpoirier51/pocketpilot-an-autopilot-based-on-the-25-pocketbeagle-1fa14b

LattePanda

ในขณะที่ SCB ส่วนใหญ่เลือกใช้สถาปัตยกรรม ARM เนื่องจากประสิทธิภาพต่อพลังงานที่ดีกว่า เหมาะกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก และงานที่ไม่มีความซับซ้อน แต่ค่าย LattePanda เลือกทำ SBC ที่เป็นสถาปัตยกรรมแบบ x86 แทน เพื่อเติมช่องว่างที่ขาดไปในตลาด เพราะซอฟต์แวร์บางอย่างก็สามารถทำได้แค่บน x86 เท่านั้น

ภาพจาก : https://www.lattepanda.com/blog-323171.html

ประวัติความเป็นมาของ คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (History of Single-Board Computer)

สำหรับ Single-Board Computer (SBC) ตัวแรกของโลก นิตยสาร Radio-Electronics ฉบับที่ตีพิมพ์ในเดือนพฤษภาคมของปี ค.ศ. 1976 (พ.ศ. 2519) ได้มีการเผยแพร่แผนผังของ "Dyna-micro" คอมพิวเตอร์แบบ SCB ที่ใช้ชิปอินเทล C8080A และชิป EPROM ตัวแรกของโลกซึ่งก็มาจากอินเทลด้วยเช่นกัน ซึ่งในที่สุดมันก็ถูกผลิตออกมาในช่วงปลายเดียวกัน โดยใช้ชื่อว่า "Mini Micro Designer 1" มันเป็น Microcontroller ที่สามารถเขียนโปรแกรมใส่ลงไปได้ มีจุดประสงค์เพื่อใช้ในการพัฒนาเครื่องต้นแบบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

Mini Micro Designer 1
ภาพจาก : https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Mini-Micro-Designer-1-MMD-1-Creada-En-1976_fig1_320107559

ด้วยโครงสร้างที่ไม่ซับซ้อน ต้นทุนการผลิตต่ำ จึงมีบริษัทหัวใสนำมันมาใช้ผลิตเป็นคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในราคาที่เอื้อมถึง คนธรรมดาทั่วไปก็สามารถซื้อมาใช้งานที่บ้านได้ โดยมีบริษัท Acorn Computers เป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกรายแรก ๆ ด้วยการเปิดตัวคอมพิวเตอร์ Acorn Electron และ BBC Micro กล่าวได้ว่าในช่วงยุค ค.ศ. 1980 (พ.ศ. 2523) คอมพิวเตอร์ตามบ้านส่วนใหญ่ก็จะเป็นแบบ Single-Board Computer (SBC) ทั้งนั้น

แต่เมื่อฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์มีการพัฒนามากขึ้น ส่วนแบ่งการตลาดของ Single-Board Computer (SBC) ก็ลดลงเรื่อย ๆ เนื่องจากข้อจำกัดในการขยายประสิทธิภาพการทำงาน เพราะตอนนั้นบริษัท IBM ได้สร้างมาตรฐานใหม่ที่มีความชัดเจน, ประสิทธิภาพสูง และรองรับการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เสริมต่าง ๆ ได้ อย่างเช่น ระบบ PCI bus ที่ทำให้ Motherboard มีความยืดหยุ่น รองรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้หลากหลาย

นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์เริ่มถูกนำมาใช้ในด้านความบันเทิงมากขึ้น การมาของ แผ่น CD และซาวด์การ์ด ทำให้ผู้ใช้หลายคนอยากเปลี่ยนคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานอยู่ เพราะตอนนั้นฮาร์ดแวร์มีการเปลี่ยนแปลงเร็วมาก ซึ่งคอมพิวเตอร์แบบ Single-Board Computer (SBC) ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอะไรได้เลย ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบที่ใช้ Mainboard จะให้อิสระกว่ามาก มันรองรับอุปกรณ์ต่อพ่วงอย่างเช่น ฮาร์ดไดร์ฟ, แรม, การ์ดจอ และ Daughterboard (หลายคนอาจไม่เคยได้ยินคำนี้ หากมีโอกาสเราจะมาเล่าให้ฟังนะ)

ในช่วง ค.ศ. 2000 (พ.ศ. 2543) จำนวนชิ้นส่วนในคอมพิวเตอร์ได้ค่อย ๆ มีจำนวนลดลงอีกครั้ง เหตุผลจาการมาถึงของเทคโนโลยีของ พอร์ต USB ที่ทำให้ชิ้นส่วนต่อพ่วงหลายอย่างที่เคยต้องเชื่อมต่อกับ Motherboards โดยตรง เปลี่ยนมาใช้ USB แทน ซึ่งเชื่อมต่อได้ง่ายกว่ามาก รวมไปถึงเทคโนโลยี Integrated Circuit ที่ก้าวหน้ามากขึ้น ชิปที่เคยต้องผลิตแยกชิ้นส่วน มีขนาดเล็กลงจนสามารถฝังรวมลงไปใน Motherboard ได้โดยตรง อย่างที่เราเห็นกันในปัจจุบันนี้ Motherboard มีทั้งซาวด์การ์ด, พอร์ตจำนวนมาก, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth

แต่ในช่วง ค.ศ. 2010 (พ.ศ. 2553) ความนิยมของ Single-Board Computer (SBC) ได้กลับมาเป็นที่นิยมอีกครั้ง ส่วนหนึ่งก็เพราะชิปมีความทันสมัยมากขึ้น ส่วนประกอบที่จำเป็นต่อการทำงานของคอมพิวเตอร์สามารถย่อส่วนจนเหลือเพียงบอร์ดเดียวได้ ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดก็อย่าง Raspberry Pi ที่สร้างจากชิป SoC ของ Broadcom และไดร์เวอร์ Open-source ในการทำงาน

สรุปเกี่ยวกับ คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (Single-Board Computer Conclusion)

มาดูกันที่ส่วนของการสรุปกันบ้าง สรุป Single-Board Computer (SBC) ส่วนใหญ่แล้วก็จะมีขนาดเล็ก, น้ำหนักเบา และให้ประสิทธิภาพต่อพลังงานที่ดีกว่าคอมพิวเตอร์แบบปกติ เนื่องจากมันมีโครงสร้างเรียบง่าย,ชิ้นส่วน และพอร์ตเชื่อมต่อน้อย แม้จะต้องแลกมาด้วยความสามารถในการทำงานที่จำกัด แต่มันก็มีข้อดี เมื่ออยู่ในสถานการณ์ที่เหมาะสม มีงานหลายอย่างที่ไม่ต้องการพลังในการประมวลผลมากมาย หรือในอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีข้อจำกัดด้านพลังงาน

อย่างเช่นในไฟจราจรอัจฉริยะ เราไม่ได้ต้องการอะไรซับซ้อนมาก แค่ให้คำนวณเวลา และสั่งสลับไฟเท่านั้นเอง หรือระบบรดน้ำต้นไม้ให้อาหารปลาอัตโนมัติ

ใครที่สนใจก็ลองหาซื้อ SBC มาศึกษา กันดูนะ คุณอาจจะค้นพบงานอดิเรกใหม่ ๆ ที่โปรดปรานก็เป็นได้