文／郭詠澧

今年三月電子芯片製造業公布了三進制邏輯設計的專利：從傳統芯片用0與1二進制再加上「-1」數值的設計，引起科技界的振奮與讚賞。這種創新帶來計算能力的飛躍，為人工智能計算提供更強大的硬體支持。

科學範疇 4大特點



三進制是一種與二進制{0,1}不同的計數系統，{-1,0,+1}計數稱為「平衡三進制」。在計算機科學裡，它的特點可以列舉如下：

增強邏輯表述能力

在三進制邏輯的「中間狀態」（即{-1,0,+1}系統中的“0”）能夠在硬體層面表示出超越「是」或「不是」的概念；可以被解釋成 「未知」、「中性」、「不相關」或概率性的中間狀態。這種表述對於人工智能（AI）處理不確定性、概率或多值決策的應用非常重要；例如在自動駕駛中，可將「應變制動概率」直接映射到中間狀態，減少決策延遲並降低錯誤的緊急制動事件。

更接近人腦思惟

三進制可處理「是、否、可能」的判斷，更適合AI推理與自然語言的處理。人類思惟往往不是簡單的二元對立，有時是存在於中間狀態或不確定性；三進制的特性使AI系統更接近人類思惟，更好地理解與處理複雜的現實問題。

優化算術運算

在三進制中，加法與乘法運算能更有效率的實現，例如在AI算法中涉及大量矩陣運算時，能夠顯著提高計算效率，減少計算時間。一些數學模型在三進制下能更簡潔的表示，在某些邏輯運算中，三進制特性簡化計算過程與減少計算量，提高人工智能算法的執行效率。

簡化模型設計

三進制結構硬體有表示第三種狀態能力，可簡化AI軟體設計。在二進制硬體運行的AI模型需用複雜軟體技術來處理不確定性或多值狀態，如果硬體能處理第三種邏輯狀態，那麼部分軟體設計將被卸載到硬體上，減少計算步驟，簡化了AI模型設計。

重要發展 3大優點



當今數字化時代應用三進制計數體系，在計算機領域具有下列優點：

提高信息儲存效率

三進制邏輯中每個數位可取三個不同的值，相比二進制每個數位只能表示0或1，三進制系統的信息容量大；這也意味相同信息量時，三進制所需的數位少，自然節省了儲存空間。因此，計算機在相同數量的儲存單元裡，三進制能表示更多狀態，表示更多信息，有更高效率地儲存與數據處理；對於數據密集的AI應用來說，此種信息儲存效率的提升，將顯著減少儲存空間的需求和數據傳輸量。

硬體邏輯電路設計簡單

在二進制邏輯電路中，需要設計複雜電路來實現各種邏輯運算；而三進制由於狀態數量的增加，某些複雜邏輯關係可用簡單電路結構來實現，例如金屬鍺硅複合材料用正電壓，負電壓與零電壓三種狀態的邏輯架構做實驗，結果呈現：製造三進制AI芯片與二進制芯片比較，晶體數量減少40%，功耗減少33%，計算效率增幅200%，AI訓練速度提升28%，邏輯結構簡化40%。這種高效計算能力與低功耗特性，使得三進制芯片更好地滿足AI訓練與推理任務的需求。

提高數學運算效率

三進制在數學運算中具有天然優勢，三進制可直接進行演算，不需進行複雜的進制轉換，尤其在密碼學、編碼理論與計算機圖形學領域有廣泛的應用。三進制在一些特定數學模型中能簡化計算過程來提高計算效率，使三進制計算在一些對數據準確性與可靠性要求極高的通信、航空等領域具有很大優勢。

在現代計算機與人工智能系統中，硬體設計從二進制到三進制的創新與突破，三進制將是數位技術重要發展方向。