三進(jìn)制半導(dǎo)體誕生，邏輯比二進(jìn)制更接近人類思維？

7月17日，據(jù)韓媒報道，韓國一個科研團(tuán)隊已成功在大尺寸晶圓上成功實現(xiàn)了一種更節(jié)能的三元金屬氧化物半導(dǎo)體。

韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)（UNIST）電子和計算機(jī)工程系教授Kim Kyung Rok及其團(tuán)隊，在目前的二進(jìn)制芯片制造工藝環(huán)境下，成功開發(fā)了一種根據(jù)三進(jìn)制邏輯系統(tǒng)而非現(xiàn)有二進(jìn)制邏輯系統(tǒng)運行的半導(dǎo)體。這一研究的論文發(fā)表在《自然·電子學(xué)》上。

開發(fā)三元金屬氧化物半導(dǎo)體的韓國科技團(tuán)隊（Source：三星電子公司）

該科研團(tuán)隊表示，三進(jìn)制是以3為底數(shù)的進(jìn)位制，采用0、1、2三個數(shù)碼，逢三進(jìn)一，退一還三，減少了半導(dǎo)體需要處理的信息數(shù)量，提高信息處理速度，從而降低能耗。例如，利用二進(jìn)制表示128這個數(shù)，需要8“位（bit）”數(shù)據(jù)；利用三進(jìn)制則只需要5“位（bit）”數(shù)據(jù)。

它還有助于進(jìn)一步減小芯片尺寸。電流泄露是進(jìn)一步減小芯片尺寸的一個主要障礙。在較小的空間內(nèi)封裝更多電路，會使隧道效應(yīng)更嚴(yán)重，增加泄露的電流，也意味著設(shè)備會消耗更多電能。

Kyung Rok Kim表示，如果這一半導(dǎo)體技術(shù)商業(yè)化，這不但標(biāo)志著芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，也將對人工智能、無人駕駛汽車、物聯(lián)網(wǎng)、生物芯片和機(jī)器人等嚴(yán)重依賴半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生積極影響。

2013年，三星電子公司（Samsung Electronics）啟動了一個價值1.5萬億韓國（約合12.7億美元）的研究資助計劃，向532個具有前景的研究項目提供了6826億韓元的資助。自2017年9月以來，三星一直通過三星科學(xué)和技術(shù)基金會資助Kyung Rok Kim的研究。三星科學(xué)和技術(shù)基金會對有前景的科技項目提供支持。

該研究團(tuán)隊估計需要5年時間，該技術(shù)才能實現(xiàn)商業(yè)化。三星已經(jīng)在芯片代工業(yè)務(wù)部門驗證這一技術(shù)。

歷史上的三進(jìn)制計算機(jī)

根據(jù)維基百科，早在1840年，Thomas Fowler 就以平衡三進(jìn)制的設(shè)計，使用木材建造了一臺早期的計算機(jī)。第一臺數(shù)字電子三進(jìn)制計算機(jī) Setun，是于 1958年在蘇聯(lián)莫斯科國立大學(xué)由 Nikolay Brusentsov 所建造，它比二進(jìn)制計算機(jī)在未來發(fā)展上更有優(yōu)勢，但二進(jìn)制計算機(jī)因其低耗電和低廉的生產(chǎn)成本，而于現(xiàn)代盛行。1970年，布魯納多夫構(gòu)建了一個增強(qiáng)版本，他稱之為 Setun-70。在1973年美國開發(fā)了在二進(jìn)制計算機(jī)器上模擬三進(jìn)制計算的 Ternac 模擬器。

隨著技術(shù)進(jìn)步，真空管和晶體管等計算機(jī)元器件被速度更快、可靠性更好的鐵氧體磁芯和半導(dǎo)體二極管取代。這些電子組件組成了很好的可控電流變壓器，這為三進(jìn)制邏輯電路的實現(xiàn)提供了可能性，因為電壓存在著三種狀態(tài)：正電壓（1）、零電壓（0）和負(fù)電壓（-1）。三進(jìn)制邏輯電路非但比二進(jìn)制邏輯電路速度更快、可靠性更高，而且需要的設(shè)備和電能也更少。

更接近人類思維邏輯

三進(jìn)制邏輯相比較現(xiàn)今的計算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)，更接近人類大腦的思維方式：二進(jìn)制計算規(guī)則非常簡單，但并不能完全表達(dá)人類想法。在一般情況下，命題不一定為真或假，還可能為未知。

在三進(jìn)制邏輯學(xué)中，符號 1 代表真；符號 -1 代表假；符號 0 代表未知。這種邏輯表達(dá)方式更匹配計算機(jī)在人工智能方面的發(fā)展趨勢。它為計算機(jī)的模糊運算和自主學(xué)習(xí)提供了可能，但當(dāng)前電子工程師對這種非二進(jìn)制的研究大都停留在表面或形式上，沒有真正深入到實際應(yīng)用中去。

三進(jìn)制代碼的一個特點是對稱，即相反數(shù)的一致性，因此它就和二進(jìn)制代碼不同，不存在無符號數(shù)的概念。這樣，三進(jìn)制計算機(jī)的架構(gòu)也要簡單、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)得多。其指令系統(tǒng)也更便于閱讀，而且非常高效。

本文綜合自三星電子、維基百科、鳳凰網(wǎng)科技、Techweb報道