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。
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