三進(jìn)位制：芯片和計(jì)算機(jī)技術(shù)的顛覆性革命

要理解華為科學(xué)家提出的三進(jìn)制芯片與計(jì)算邏輯的顛覆性，不妨從“計(jì)算機(jī)如何計(jì)數(shù)”這一基礎(chǔ)問(wèn)題切人。我們熟知的計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制（0和1），而三進(jìn)制則以0、1、2三個(gè)數(shù)字表示信息?？此苾H新增一個(gè)數(shù)字，其帶來(lái)的變革卻堪比從“蠟燭照明”邁向“LED照明”—不僅是性能的提升，更是底層邏輯的根本重塑。

二進(jìn)制的天然局限：物理極限與效率瓶頸

二進(jìn)制作為計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言基礎(chǔ)，將所有信息轉(zhuǎn)化為0和1的序列（例如“你好”對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼長(zhǎng)達(dá)數(shù)十位）。然而這種二元體系正面臨三重挑戰(zhàn)。

1.物理層面：納米級(jí)尺度下的信號(hào)模糊化

現(xiàn)代芯片依賴硅基晶體管（電子開關(guān)）表示0（關(guān)）和1（開）。隨著制程微縮至1納米以下，量子隧穿效應(yīng)與漏電流問(wèn)題導(dǎo)致開關(guān)狀態(tài)不穩(wěn)定一一如同越拉越細(xì)的繩索終將斷裂，晶體管的狀態(tài)區(qū)分度正逼近物理極限。

2.計(jì)算效率：進(jìn)位規(guī)則的天然劣勢(shì)

二進(jìn)制運(yùn)算存在冗余進(jìn)位：

加法： 1+1=10 （單次進(jìn)位）， 1+1+1=11 （兩次進(jìn)位）

三進(jìn)制加法： 1+1=2 （無(wú)進(jìn)位）， 1+1+1=10 （單次進(jìn)位）

三進(jìn)制的進(jìn)位次數(shù)更少，意味著計(jì)算步驟更短、速度更快。比如算“ 3+3^′′ ，二進(jìn)制要繞一圈（ 11+11=110 ），三進(jìn)制直接是 10+10=20 （一步完成）。

3.存儲(chǔ)能力：“三個(gè)狀態(tài)”比“兩個(gè)狀態(tài)”能裝更多信息

同樣面積的芯片，三進(jìn)制可以用0、1、2三個(gè)狀態(tài)存儲(chǔ)信息，而二進(jìn)制只能用0和1。就像同樣大小的盒子，二進(jìn)制只能放“蘋果”或“橘子”，三進(jìn)制可以放“蘋果”“橘子”“香蕉”一單位面積的信息密度直接翻倍（理論上，n位三進(jìn)制能表示3\"種狀態(tài)，n位二進(jìn)制能表示2\"種狀態(tài)）。

三進(jìn)制芯片的“顛覆性”：重新定義計(jì)算邏輯

華為科學(xué)家研究的三進(jìn)制芯片，不是簡(jiǎn)單地把二進(jìn)制的0、1改成0、1、2，而是從芯片架構(gòu)到計(jì)算邏輯的全面重構(gòu)，解決了二進(jìn)制的痛點(diǎn)，還打開了新的可能性：

1.突破物理極限：更穩(wěn)定、更省電

三進(jìn)制的“三個(gè)狀態(tài)”可以用更靈活的方式實(shí)現(xiàn)（比如電壓的不同區(qū)間：低電壓 =0 ，中電壓 ⁼¹ ，高電壓 =2 ）。這種設(shè)計(jì)能減少晶體管的“開關(guān)”頻率，從而降低漏電流和發(fā)熱，讓芯片在更小的體積下保持穩(wěn)定，甚至可能延續(xù)“摩爾定律”（芯片性能每?jī)赡攴叮┑挠行浴?/p>

2.計(jì)算更快：復(fù)雜運(yùn)算“一步到位”

三進(jìn)制的進(jìn)位規(guī)則更簡(jiǎn)單（比如 1+1=2 ，不用像二進(jìn)制那樣進(jìn)1），尤其在處理浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算（比如AI訓(xùn)練中的矩陣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析中的統(tǒng)計(jì)）時(shí)，三進(jìn)制的運(yùn)算步驟比二進(jìn)制少30% 以上。

3.適配AI時(shí)代：更接近人腦的“模糊計(jì)算”

人腦的神經(jīng)元傳遞信號(hào)不是“非0即1”，而是有不同的強(qiáng)度（比如“有點(diǎn)興奮”“非常興奮\"）。三進(jìn)制的“0、1、2\"天然能模擬這種\"模糊狀態(tài)”，讓芯片更擅長(zhǎng)處理圖像識(shí)別、語(yǔ)音理解等需要“程度判斷”的AI任務(wù)。比如，用三進(jìn)制芯片訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能比二進(jìn)制芯片快2-3倍，能耗更低。

4.軟件生態(tài)的\"降維打擊”：重新定義編程邏輯

二進(jìn)制的軟件生態(tài)（比如操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言）已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但三進(jìn)制可以通過(guò)“兼容層\"或“新語(yǔ)言設(shè)計(jì)”，讓開發(fā)者更高效地利用三進(jìn)制的優(yōu)勢(shì)。比如，針對(duì)AI任務(wù)的編程，可能不再需要復(fù)雜的“浮點(diǎn)數(shù)優(yōu)化”，直接用三進(jìn)制的運(yùn)算指令就能完成。

顛覆性意義：開啟多元計(jì)算時(shí)代

二進(jìn)制統(tǒng)治計(jì)算機(jī)已經(jīng)70多年，形成了從芯片制造到軟件生態(tài)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。但三進(jìn)制的突破，本質(zhì)上是從“二元邏輯\"到“多元邏輯”的跨越一一它不僅能解決二進(jìn)制的物理極限，還能讓計(jì)算更高效、更智能，甚至可能推動(dòng)AI、量子計(jì)算、生物信息學(xué)等領(lǐng)域的革命。

對(duì)華為來(lái)說(shuō)，這不僅是技術(shù)突破，更是搶占下一代計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的話語(yǔ)權(quán)。當(dāng)二進(jìn)制芯片的潛力被趨近極限時(shí)，三進(jìn)制可能是下一個(gè)“必爭(zhēng)之地”。

未來(lái)，我們可能會(huì)看到：手機(jī)芯片更省電，續(xù)航翻倍；AI服務(wù)器算力暴增，訓(xùn)練大模型的時(shí)間大幅縮短；自動(dòng)駕駛、醫(yī)療影像等需要實(shí)時(shí)計(jì)算的領(lǐng)域，響應(yīng)速度提升幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

結(jié)語(yǔ)：從二元到多元的計(jì)算進(jìn)化

二進(jìn)制奠定了數(shù)字時(shí)代的基石，而三進(jìn)制正構(gòu)筑智能時(shí)代的新底座。這種變革不僅是計(jì)數(shù)方式的迭代，更是通過(guò)三態(tài)邏輯重構(gòu)信息表示、運(yùn)算規(guī)則與系統(tǒng)架構(gòu)。當(dāng)華為科學(xué)家推開這扇大門，展現(xiàn)在眼前的可能是一個(gè)算力密度提升、能耗顯著降低、AI性能飛躍的全新計(jì)算世界一一這或許就是三進(jìn)制作為“顛覆性技術(shù)”的真正價(jià)值：它不僅解決問(wèn)題，更重新定義了“計(jì)算”的本質(zhì)。

（作者系本刊特約撰稿人）責(zé)編：王曉靜