三進法コンピュータ

三進法コンピュータは三進法コンピュータとも呼ばれ、計算に一般的な二進法(基数 2 ) ではなく三進法ロジック(基数 3 )を使用するコンピュータです。三進法コンピュータは二進ビットではなくトリットを使用します。

状態の種類

三進法の計算は3つの離散状態を扱うが、三進法の数字自体は異なる定義が可能である。^[1]

歴史

私はよく、社会の揺籃期に 10 進法ではなく 3 進法が採用されていたら、現在のような機械は、これが普及するずっと前に登場していただろうと考えます。なぜなら、精神的な計算から機械的な計算への移行が非常に明白で単純だったからです。
— トーマス・ファウラー、ジョージ・ビデル・エアリー卿への手紙^[3]

1840年にトーマス・ファウラーが木材のみで作った初期の計算機は、平衡型3進法で動作した。^[4]^[5]^[3]最初の現代的な電子式3進法コンピュータであるSetunは、1958年にソ連のモスクワ大学でニコライ・ブルセンツォフが作ったもので、^[6]^{[7]最終的に置き換えられた}2進法コンピュータに比べて、消費電力が少なく、製造コストが低いなど、顕著な利点があった。 ^[要出典] 1970年にブルセンツォフは、このコンピュータの拡張バージョンを作り、Setun-70と名付けた。^[6] 米国では、2進法マシンで動作する3進法コンピューティングエミュレーターTernacが1973年に開発された。^[8]^{: 22}

三進法コンピュータQTC-1はカナダで開発された。^[9]

バランスのとれた三元

3 進法の計算は、一般的に平衡 3 進法で実装されます。平衡 3 進法では、-1、0、+1 の 3 つの数字を使用します。平衡3 進法の数字の負の値は、すべての + を - に置き換えることで取得でき、その逆も同様です。+ と - の数字を反転してから通常の加算を使用すると、数値を簡単に減算できます。平衡 3 進法では、不平衡数のように先頭に負の符号を付ける必要がなく、負の値を正の値と同じくらい簡単に表現できます。これらの利点により、一部の計算は 2 進法よりも 3 進法の方が効率的になります。^[10]数字の符号は必須であり、非ゼロの数字は絶対値が 1 のみであることを考慮すると、'1' を削除してゼロと + - 符号のみを使用する表記は、1 が含まれる場合よりも簡潔です。

不均衡な三進法

3 進法の計算は、0、1、2 の 3 つの数字を使用する不平衡 3 進法で実装できます。元の 0 と 1 は通常の2 進法のコンピューターとして説明されますが、代わりに 2 がリーク電流として使用されます。

韓国の蔚山国立科学技術研究所のキム・ギョンロク氏が率いる研究チームによって、世界初の大型ウェーハ上の不平衡三元半導体設計が実装されました。これは、将来の低消費電力で高性能なマイクロチップの開発に役立つでしょう。この研究テーマは、2017年にサムスンが資金提供した将来のプロジェクトの1つに選ばれ、2019年7月15日に発表されました。^[11]

将来の潜在的な応用

コンピュータ用の大量生産されたバイナリコンポーネントの出現により、3進コンピュータの重要性は低下しました。しかし、ドナルド・クヌースは、 3進ロジックの優雅さと効率性を活用するために、将来的には3進コンピュータが再び開発されると主張しています。 ^[10]これを実現する可能性のある方法の1つは、光コンピュータと3進ロジックシステムを組み合わせることです。^[12]光ファイバーを使用した3進コンピュータは、暗闇を0、光の2つの直交偏光を+1と-1として使用できます。^[13]

ジョセフソン接合は、時計回り、反時計回り、またはオフの循環超伝導電流を使用するバランスのとれた3値メモリセルとして提案されています。「提案されたメモリ回路の利点は、高速計算、低消費電力、および3値演算による少ない要素による非常にシンプルな構成である。」^[14]

三値コンピューティングは、浮動小数点演算の代わりに、高速な大規模言語モデル（LLM）やその他のAIアプリケーションの実装に有望である。 ^[15]

大衆文化では

ロバート・A・ハインラインの小説『愛にはまだ時間が足りない』では、物語の舞台となる惑星セクンダスの知性あるコンピュータは、ミネルヴァも含めて、不均衡な3進法を使用している。ミネルヴァは計算結果を報告する際に、「341,640...元の3進法の読み取り値は、単位、ペア、ペア、コンマ、単位、ゼロ、ゼロ、コンマ、単位、ペア、ペア、コンマ、単位、ゼロ、ゼロ、ポイント、ゼロです」と述べている。^[16]

現代の研究

カーボンナノチューブトランジスタの出現により、多くの研究者がそれを用いた三値論理ゲートの設計に興味を示しています。2020年から2024年の間に、 IEEE Xploreでこのテーマに関する1000以上の論文が発表されています。^[17]

参照

参考文献

^ Connelly, Jeff (2008). 「Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture」(PDF)。カリフォルニア工科州立大学サンルイスオビスポ校。
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さらに読む

ハンガー、フランシス (2007)。Eine Recherche über den sowjetischen Ternarcomputer [ SETUN.ソビエトの三元計算機に関する調査]。ライプツィヒ・ブッフクンスト研究所。ISBN 978-3-932865-48-0。

外部リンク

トーマス・ファウラーの3進計算機
3niti – オープン三元コンピュータ開発のためのコラボレーション
モスクワ国立大学における三元コンピュータの開発
Tunguska – 三元オペレーティングシステムエミュレーター
「ROLUAN – Ternary エコシステムのスタートアップ。Ternary ソフトウェアとハードウェア。オープンソース」。2018 年 3 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。
Triador: 600 個の 3 進マルチプレクサを備えた 3 進コンピュータ
5500FP - 最新の三元CPU

[1] Connelly, Jeff (2008). 「Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture」(PDF)。カリフォルニア工科州立大学サンルイスオビスポ校。

[2] コリン・P・ウィリアムズ (2011).量子コンピューティングの探究.シュプリンガー. pp. 22–23. ISBN 978-1-84628-887-6。

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[tf1-4] McKay, John; Vass, Pamela. 「Thomas Fowler」。2007年5月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[tf2-5] ^ Glusker, Mark; Hogan, David M.; Vass , Pamela (2005 年 7 月 - 9 月)。「Thomas Fowler の 3 進計算機」。IEEE Annals of the History of Computing。27 (3): 4 - 22。doi :10.1109/ mahc.2005.49。

[cmr-6] Nitusov, Alexander. 「Nikolay Petrovich Brusentsov」.ロシア仮想コンピュータ博物館: 殿堂. 2010年1月25日閲覧。

[7] トロゲーマン、ゲオルグ;ニトゥソフ、アレクサンダー Y.エルンスト、ヴォルフガング (2001)。ロシアのコンピューティング: 明らかにされるコンピューターデバイスと情報技術の歴史。 Vieweg+Teubner Verlag。 19、55、57、91、104～107ページ。ISBN 978-3-528-05757-2。。

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[14] 森末正之; 遠藤純; 諸岡孝; 清水直樹; 坂本正之 (1998). 「ジョセフソン三値メモリ回路」. Proceedings. 1998 第 28 回 IEEE 国際多値論理シンポジウム (Cat. No.98CB36138) . pp. 19–24. doi :10.1109/ISMVL.1998.679270. ISBN 978-0-8186-8371-8. S2CID 19998395。

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[16] ハインライン、ロバート A. (1982)。「ある主題による変奏曲 III: 家庭内の問題」。愛に十分な時間。バークレーブックス。99 ページ。ISBN 978-0-399-11151-8。

[17] 「IEEE Xplore 検索結果」。IEEE Xplore。IEEE。2024年6月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年6月17日閲覧。