华为的三进制专利意义有多大？

近期，国家专利局公布的华为三进制逻辑门电路专利，引起广泛关注。部分自媒体有意无意地渲染其意义，似乎让人觉得一场计算技术革命就要来临，而这显然是夸大其词。

如很多媒体所提及，前苏联在1958年曾研制出三进制的Сетунь计算机，后来并未普及。这背后是前苏联研发体系僵化，三进制在的硬件成本高昂，未解决散热和稳定性问题，以及美国主导的二进制形成生态优势。

华为在专利摘要中提到，该专利提供了一种三进制逻辑门电路，并据此实现了简化的三进制的逻辑电路，相较之前的三进制逻辑电路，使用的晶体管数量更少，功耗更低，计算效率更高。

就其表述来看，这只是对现有三进制电路的改进，并非颠覆性的突破。其长远意义，取决于其与二进制电路的对比，以及后续技术能在多大程度上渗入现有技术体系，特别是华为乃至计算行业是否有意基于三进制来构建计算机体系的底层架构。

理论上，三进制比起二进制确实有特别之处。计算技术是对现实世界的模拟，这包括两方面。一是对现实世界状态的表达，即信息的存储，二是对状态之间转换的实现，即对存储信息的操控也就是计算。在这两方面，三进制都有一定的优势。

首先，在状态表达上，三进制相对其他进制具有最高的信息密度。有人提到，根据香农的信息论可以推出，e进制是信息密度最大的进制，而3是最接近自然数e = 2.718…的整数。但这个论证其实并不严谨。严格来说，由e进制的信息密度最大，并不能推出距e最近的整数就信息密度最大的整数进制。

而且，香农信息论中单位存储信息密度的定义较为抽象，背后的假设也不太直观。为此，我们从更直观的角度来解释三进制的信息密度。假设区分n个物理状态的成本与n成正比，可以简单记n。我们可以把n进制视为用n个状态来表达一个位置上的数。例如，n=10进制中的某位（如千位）中的一个数，可以视为10个状态中选定的一个状态

给定成本C，使用n进制可以用[C/n]位表达数字（[]为向下取整），每一位有n种可能状态，能区分表达的最大数为M = n^[C/n]（^表示次方）。以C=30为例：

当n=2, M = 2^15 = 32768
当n=3, M = 3^10 = 59049
当n=4, M = 4^7 = 16384
当n=5, M = 5^6 = 15625
当n=6, M = 6^5 = 7776
当n=7, M = 7^4 = 2401
当n=8, M = 8^3 = 512
当n=9, M = 9^3 = 729
当n=10, M = 10^3 =1000

当n为4、7、8、9时，C = 30无法被n整除，会有存储单元闲置。当n = 3，M最大，即三进制相对于其他进制可以区分表达最多不同的数字。

但要注意，这里假设区分n个不同状态的成本与n成正比，意味着一个三值逻辑门的成本是二值逻辑门的1.5倍，而在实际工程实现中，三值逻辑门成本可能远超二值逻辑门的1.5倍，华为的三进制逻辑门便是一种物理层面的工程方案。

当C很大时，log(M) = log(n^[C/n]) = [C/n] log(n) 。若限定n为正数，很容易证明n = e时M最大；若限定n为正整数，n = 3时M最大，这与基于香农信息密度最大化的结论一致。

其次，在状态转换方面，三进制同样具有优势。例如，在以-1、0、1为值的平衡三进制中，正数和负数的表达更自然，这让整数和实数集上的基本运算步骤可能更简洁紧凑。不过，这一判断更多也是基于直觉，具体还需要通过运算过程的设计来体现。前苏联当年的三进制计算机和华为三进制逻辑电路，都是在这方面的探索。

有些自媒体称三进制更加契合中国文化中的三生万物理念。虽然我一直推崇复兴中国文化，但这种联系在我看来更像是不着边际的牵强附会。还有人提及，平衡的三值逻辑门更贴近人类喜欢用“是”、“否”、“不确定”来回答问题的思维方式，以及神经网络突触权重表达，这个听起来不无道理，但其意义有多大最终还是取决于具体如何提升编程和计算效率。

那么，华为这次三进制专利是否真如某些自媒体渲染的那样对计算科学具有颠覆性意义吗？就我个人理解，这项专利技术突破并不突出，其存储和计算效率的提升是相对于现有三进制逻辑电路而言，对现有二进制逻辑电路并不构成优势。这项专利只是华为众多技术专利之一，可能只是因其涉及计算机底层架构才备受关注。

这其实也是我讨论这个话题的初衷。像许多关注这项专利的人一样，我真正在意或者好奇的是，华为是否有意在计算机的底层架构上有所作为。目前，计算机领域的所有底层指令集，如X-86、ARM、RISC-V、龙架构指令集等，均基于二进制。而华为的鸿蒙next操作系统，更是离不开这类基于二进制的指令集。

虽然华为已经开始在底层重构计算体系，但采用二进制体系既能继承二进制的技术成果，也会延续其局限性，最终形成的技术树和产业链与现有体系更多是互补或替代关系，而非颠覆性的全新发展。

若能基于三进制重构整个计算机体系，那将开启一个全新的技术世界，虽充满不确定性，但也蕴含巨大潜力。这对整个产业链，包括芯片设计与生产、指令集构造、操作系统重构，以及各类应用和人工智能模型的开发，都将产生深远影响。不过，目前这种尝试的可能性较小，华为此次的三进制专利虽引发了诸多期待，但对重构计算机底层架构的促进意义很有限。即便投入实用，估计会体现在视觉处理、人工智能芯片之上。

尽管华为此次专利被部分自媒体过度夸大，但从另一个角度看，自媒体乃至大众特别针对这个专利，而非其他专利倾注如此的的热情则恰恰表明，底层技术的创新更能激发人们的关注。随着我国在技术领域不断追赶并实现超越，底层技术突破的价值愈发凸显。这类突破虽困难重重，但一旦成功，回报将不可估量。

说到这，又可以回到我一直注重和强调的人口规模效应对技术发展的基础性支撑这一观点。足够多的人口完全可以在二进制的计算体系之外，支撑一个三进制的体系，让两者并驾齐驱，相互竞争和互补。

很多人认为按现有的技术发展模式，十亿数量级的人口就足够，再多就没有意义了。这种观念其实是非常狭隘和短视的，因为更多的人口基数更大可能带来技术模式由量变到质变的扩展。就像工业革命时期，人们会觉得几百万人口的英国足以容纳各种技术革新，而无法想象后来从上亿到几亿人口的美国，今天十多亿人口的中国，乃至全球二三十亿的工业化人口会把技术带到何种高度。

反之，如果中国人口按目前的生育率持续萎缩，应用场景是广度和深度以及研发人才规模都将加速萎缩，别说支撑和培育更多的技术树和产业链，就是我们在诸多领域已经取得的领先地位，也将拱手相让。华夏文明现在鲜花着锦，烈火烹油的复兴，也将最终沦为昙花一现。