主流 02.2｜二 - 择一 · ZerOne

01. 还是沙子

“计算机只认识 0 与 1”，大概是计算机领域流传最广的半句真话。

我承认，这句话也不全错；但它极易让人误会——总让人觉得 CPU 里住着数十亿个傻子。

事实上，计算机连 0 和 1 也不认识——芯片中并没有微小的数字到处乱跑。
真正存在的是电压、电荷以及电路呈现出的不同物理状态。

所谓 0 与 1，只是人类为两类能够被电路可靠区分的状态取的代号。在常见的数字电路中，它们通常表现为两个不同的电压范围。

毕竟我们总不能指望一个原料是沙子的玩意直接理解数学意义上的 0 与 1不是吗？

因此，二进制真正重要的，从来不是 “零” 和 “一” ，而是 “二” ——机器只需要可靠地区分两种状态。

02. 为什么是“二”？

既然二进制真正重要的是 “二” ，那么问题也就来了——为什么偏偏是二？why？

三难道犯了什么错吗？这么看其实十进制也相当不错——毕竟咱已经使用了相当长时间的十进制了，并且暂时没有因为手指太多而导致文明原地爆炸。

如果只考虑能够表示多少种状态，那么对比二进制，三进制看起来甚至更有优势：一个比特只能在两种状态中选择，而一个三进制位却能在三种状态中选择；
同样是 n 个位置，二进制能够组成 2ⁿ 种状态，三进制则能够组成 3ⁿ 种状态。

不过可惜，芯片不是画在纸上的进制表，所以不是你说想要什么就可以要什么的（摊手）。
理想总是与现实有点小矛盾，两人并不总是喜欢达成一致。

在相近的可用电压范围内，把信号划分成两类，就像把一条路分成两个足够宽的车道；
如果划分成三类，那么每一类能够容忍的误差便会更小：噪声、温度变化、制造偏差和信号衰减，都可能让电路把一种状态认成另一种状态。

状态越多，单个位置能够表达的信息确实越多；但电路也必须变得更加精确和复杂。

当然，困难并不等于不可能。

华为公开的一项 三进制逻辑门专利申请，便是尝试使用不同的电压与晶体管阈值表示三种逻辑状态，并实现三进制逻辑值的加一与减一。
申请提出，这种结构可用于简化三进制逻辑电路、减少晶体管数量并降低功耗。

不过截至本文写作时，我能从公开资料中确认的，只是华为提出了这项技术方案。
这并不等于三进制处理器已经大规模量产，也并不足以说明通用三进制处理器已经具备大规模量产条件。
因此，至少在公开层面，这条路仍处于探索阶段。

但有趣的是，华为公开的另一项研究又选择了完全不同的方向。

韬（τ）定律并没有试图为电路增加第三种逻辑状态。它以时间缩微为目标，通过 LogicFolding 等方法，将原本铺在平面上的部分电路分配到垂直堆叠的有源层中，从而缩短信号传播路径。

一个试图让每个位置多表达一种状态，另一个则试图让不同位置之间少走一段路。

三进制改变的是机器使用的“字母表”。
LogicFolding 改变的则是书写这些字母的电路在物质世界中的排列方式。 两者解决的并不是同一个问题，却共同说明了一件事情：

工程中很少存在脱离条件的唯一正确答案。其真正需要寻找的，是具体约束下更合适的取舍。

总的来说，使用二进制并不是因为 “二” 最聪明，而是因为在现代数字电路中，“二” 通常最不容易被机器认错。