三进制半导体技术突破：更节能、更智能的未来计算
三进制半导体技术突破：更节能、更智能的未来计算
近日，韩国科研团队在三进制半导体领域取得重大突破。据韩媒报道，蔚山科学技术大学（UNIST）电子和计算机工程系教授Kim Kyung Rok及其团队，在当前的二进制芯片制造工艺环境下，成功开发出一种基于三进制逻辑系统的半导体。这一研究成果已发表在《自然·电子学》期刊上，预计将在5年内实现商业化。
韩国科技团队开发的三元金属氧化物半导体（来源：三星电子公司）
该科研团队表示，三进制是以3为底数的进位制，采用0、1、2三个数码，逢三进一，退一还三。与二进制相比，三进制减少了半导体需要处理的信息数量，提高了信息处理速度，从而降低了能耗。例如，利用二进制表示128这个数，需要8“位(bit)”数据；而利用三进制则只需要5“位(bit)”数据。
三进制技术还有助于进一步减小芯片尺寸。随着芯片尺寸的缩小，电流泄露成为主要障碍。在较小的空间内封装更多电路，会使隧道效应更严重，增加泄露的电流，也意味着设备会消耗更多电能。Kyung Rok Kim表示，如果这一半导体技术商业化，这不但标志着芯片产业发生根本性转变，也将对人工智能、无人驾驶汽车、物联网、生物芯片和机器人等严重依赖半导体的产业产生积极影响。
三星电子公司一直大力支持该研究项目。2013年，三星启动了一个价值1.5万亿韩元（约合12.7亿美元）的研究资助计划，向532个具有前景的研究项目提供了6826亿韩元的资助。自2017年9月以来，三星一直通过三星科学和技术基金会资助Kyung Rok Kim的研究。三星科学和技术基金会对有前景的科技项目提供支持。该研究团队估计需要5年时间，该技术才能实现商业化。目前，三星已经在芯片代工业务部门验证这一技术。
历史上的三进制计算机
早在1840年，Thomas Fowler就以平衡三进制的设计，使用木材建造了一台早期的计算机。第一台数字电子三进制计算机Setun，是于1958年在苏联莫斯科国立大学由Nikolay Brusentsov所建造，它比二进制计算机在未来发展上更有优势，但二进制计算机因其低耗电和低廉的生产成本，而于现代盛行。1970年，布鲁纳多夫构建了一个增强版本，他称之为Setun-70。在1973年美国开发了在二进制计算机器上模拟三进制计算的Ternac模拟器。
随着技术进步，真空管和晶体管等计算机元器件被速度更快、可靠性更好的铁氧体磁芯和半导体二极管取代。这些电子组件组成了很好的可控电流变压器，这为三进制逻辑电路的实现提供了可能性，因为电压存在着三种状态：正电压(1)、零电压(0)和负电压(-1)。三进制逻辑电路非但比二进制逻辑电路速度更快、可靠性更高，而且需要的设备和电能也更少。
更接近人类思维逻辑
三进制逻辑相比较现今的计算机使用二进制数字系统，更接近人类大脑的思维方式：二进制计算规则非常简单，但并不能完全表达人类想法。在一般情况下，命题不一定为真或假，还可能为未知。
在三进制逻辑学中，符号1代表真；符号-1代表假；符号0代表未知。这种逻辑表达方式更匹配计算机在人工智能方面的发展趋势。它为计算机的模糊运算和自主学习提供了可能，但当前电子工程师对这种非二进制的研究大都停留在表面或形式上，没有真正深入到实际应用中去。
三进制代码的一个特点是对称，即相反数的一致性，因此它就和二进制代码不同，不存在无符号数的概念。这样，三进制计算机的架构也要简单、稳定、经济得多。其指令系统也更便于阅读，而且非常高效。
本文原文来自CSDN