本文將深入探討華為於 3 月 18 日公開的 3 進位晶片專利，分析其潛在的革命性價值，尤其是在人工智慧 (AI) 領域的應用前景。
華為 3 進位晶片專利背景
華為於 2023 年 9 月 18 日申請了這項專利。當時，華為正處於受到美國制裁的時期，而 ChatGPT 等 AI 技術也開始嶄露頭角。此時提出 3 進位設計，可視為華為在先進製造領域的轉型，也可能是一種用於 AI 運算的軟體解決方案。
什麼是 3 進位？
3 進位使用 0、1 和 2 三個數字來表示所有數值。例如，二進位和三進位對於數字 1 到 5 的表達方式如下：
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二進位： 1, 10, 11, 100, 101
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三進位： 1, 2, 10, 11, 12
3 進位的優勢：資訊密度提升
3 進位系統最明顯的優勢是資訊密度增加。相較於二進位系統，3 進位系統可以用更少的位元來表示相同的資訊。
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二進位： n 個位元可以表達 2^n 個狀態。
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三進位： n 個位元可以表達 3^n 個狀態。
因此，在相同位元數下，3 進位可以表達更多的資訊。每個 3 進位位置所能表達的資訊量約為二進位的 1.585 倍。
例如，要用二進位表示 100，需要 7 位數（1100100），而用三進位表示則只需要 5 位數（10201）。
對於儲存和通訊的影響
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儲存： 3 進位可以減少儲存需求，相同大小的儲存設備可以提供更大的資料空間。
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通訊： 在相同頻寬下，3 進位系統可以傳輸更多信號，提高通訊速度。
3 進位為何未普及？
儘管 3 進位在理論上具有優勢，但目前電腦普遍使用二進位系統，原因如下：
- 設計複雜性： 3 進位電路的設計比二進位更複雜。
- 硬體實現難度： 3 進位需要更精確的電壓控制，增加了硬體實現的難度。
- 可靠性問題： 3 進位系統對電壓的容錯率較低，容易受到干擾和誤判。
AI 時代的 3 進位復興
近年來，隨著 AI 興起，其龐大的資料量對運算能力提出了更高的要求。由於硬體微縮變得越來越困難，3 進位系統重新引起了人們的關注。
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AI 運算需求： AI 訓練和推理需要大量的運算資源。
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硬體瓶頸： 硬體微縮的難度增加。
華為專利的價值
華為的專利提出了一種 3 進位系統的邏輯結構，旨在降低 3 進位電路的複雜性和物理門檻。這項專利有助於：
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簡化設計： 降低 3 進位電路的設計複雜度。
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提高效率： 在執行相同運算任務時，3 進位系統可能更有效率，尤其是在高強度任務中。
CNTFET 的應用
該專利還提到了 CNTFET (碳奈米管場效電晶體)。CNTFET 具有以下優勢：
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高流速： 比傳統 MOSFET 更高。
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高壓值： 接近理論極限。
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微型化： 尺寸非常小，適合微型化。
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高散熱性： 具有良好的散熱優勢。
CNTFET 可以從奈米級精確地設定三種類型的電壓水平，這對於 3 進位系統的電壓控制至關重要。
技術儲備與未來展望
儘管華為的專利充滿了潛力，但 CNTFET 技術尚未成熟，3 進位邏輯晶片仍處於技術儲備階段。
多進位可能性
理論上，3 進位是綜合考慮資訊密度和編碼成本後的最佳選擇。在資訊理論中，以 2.718 為底數的對數最有效率，而 3 是最接近這個數字的整數。
總結
華為的 3 進位晶片專利代表了在 AI 時代對傳統運算架構的一種創新探索。儘管面臨許多挑戰，但 3 進位系統在提高資訊密度和運算效率方面的潛力，使其成為未來值得關注的技術方向。
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