第50章 （碳化矽2）：短板
2031年11月，亮國火箭城麥可和達芙妮在家中接待了艾琳，一見面，達芙妮就關切地問道：「安德克病重，你怎麼回亮國來了？他身體好些了嗎？」
「病情一度挺嚴重的，現在有所好轉，平穩了。我回亮國是因為這邊的研究項目需要收尾。」艾琳說，「安德克也很關心他給麥可的信，讓我代他聽聽麥可的想法。」
麥可略顯尷尬，心中暗想：艾琳不會是替傳媒大亨來下最後通的吧？
他說道：「非常感謝安德克的關心。他的信使我很感動，我知道，他不是為了他自己。「
艾琳抬眼看著麥可，等著他說下去。達芙妮笑著出來打圓場，說道：「我知道麥可的答案，你猜怎麼著？他的答案竟然與你給他的另一封信有關。」
「另一封信？你是說米羅夫的瑪雅筆記嗎？」艾琳問道。
達芙妮興致勃勃地向艾琳講起了瑪雅筆記的內容。米羅夫上尉深入研究瑪雅曆法及其與之對應的行星會合周期，得到了一個驚人的結論。
瑪雅人除了日常使用的二十進位制以外，特別偏愛以三進位表示的具有對稱美的特殊數值，比如13=(111)3，金字塔台階總數364=（111111)3，地球的公轉周期以及水星、金星、火星和土星與地球的會合周期的最小公倍數7174440=（111111111111000)3。
金星與地球的會合周期是584天，這個數值與365的公約數是73，584/73=8。瑪雅人認為這個巧合很神奇，他們把8當做金星的貢獻數，並記錄在石板上。在三進位中，8=(22)3=(1.0.-1)3=
(10T)3，具有對稱性。
米羅夫從8這個數字中得到啟發，他猜想，瑪雅人之所以認為8是一個神奇而特殊的數值，很可能是他們發現8用三進位表示呈現出的對稱美甚至超過3個1、6個1、12個1等等的重複對稱性。
兩個2比三個1在邏輯形式上更優美嗎？顯然不是，因為它們都是簡單重複，在邏輯形式上是一樣的。
那8到底特殊在哪呢？因為在三進位中，只有1、0、-1（記作T）三個表示符，而8正好占全了這三個表示符，並且是中心對稱形式，8=(10T)3。
任何一個整數n都能用任何進位制表示，一般地，進位製取正整數，用b表示，n的位數用m表示，則，n=∑a*b^m，a取0至（b-1），m取0至m-1。
因為b-1模b等於-1，所以十進位中的9可以規定為-1，二十進位制中的-1則是19。b=3，也即三進位時，b-1=2，2就被規定為-1。
這種規定下的三進位，只有1、0、-1，稱為對稱（平衡）三進位。在計算機中，使用對稱三進位，由於-1是兩個字符，習慣上用字母「T」表示。
8=(22)3=(1.0.-1)3=(10T)3，由此能夠看出8在三進位中既是最全面，又是最簡潔的更高級的對稱形式，它包含了1、0、-1全部三個表示符。
艾琳被說得有些發懵，好複雜啊，二進位的0和1不是更簡潔嗎？為什麼要引入-1？
麥可突然不著邊際地問道：「艾琳，下禮拜三晚上我們有一個聚會，你能來嗎？『
艾琳被問得一時摸不著頭腦，回想了一下自己的日程，今天才星期二，下星期的時間表還沒排定。
她一邊想著，一邊回答：「我很願意參加你們的聚會，但能不能來，我不確定。」
麥可和達芙妮相視一笑，他對艾琳說：「我剛才的問題和你的回答在日常生活中極為常見。
它源自於人腦的思維習慣，給人腦輸入一個問題，得到的答案不是只有是和否。很多情況下，還有第三個答案，不確定。」
艾琳恍然大悟：「在對稱三進位中，1表示是，T表示否，0表示不確定。這種判斷方式顯然與人腦更匹配。其實在我的基因工程研究中，不確定的情況太多了，只是我原來沒想到使用三進位。」
達芙妮替麥可回答了艾琳來訪所關心的問題：「有夢想的男人總是很執著的。我一開始很擔心，安德克勸說麥可放棄火星改造計劃，麥可會給出否定的答案，還好，他現在的答案是不確定。」
艾琳緊追不捨：「下周三我能否參加聚會，現在的答案是不確定，但是過幾天我就會給出是或者否的確定性答案。你繼續或者放棄火星改造計劃不會一直不確定吧？」
麥可略顯嚴肅地說道：「把火星改造成地球的『備胎」，將是人類的一次壯舉，帶來的好處大到無法估量，當然也伴隨著風險。我打算用三進位升級計算機，以超強的算力做一次模擬實驗，
等結果出來，我就能確定了。」
艾琳想起了臨行前安德克的囑咐，說道：「我們只有一個地球，安德克提醒你，哪怕只有百萬分之一的風險，也不能建設所謂的超光波電站。再好的模擬實驗，也不可能得出零風險的結論吧？」
麥可想了想，舉例說道：「原子彈給人類造成的危害歷史見證過了，但是核電是清潔能源，
要不要建設核電站呢？核電站的風險不止理論上存在，現實中也發生過核災難。但直到今天，地球上仍然有上百座核電站正在運行。」
三人都陷入了沉默，看來相互說服並不容易，話題自然而然地轉到了三進位計算機上面。
上世紀七十年代，前蘇聯停止了三進位計算機的研發，因為他們既缺錢又沒有完整的產業鏈，
最重要的原因是亮國和歐洲二進位計算機的設備和應用並未對前蘇聯進行封鎖。
前蘇聯人發現既然想買就買得到，支出的成本和費用遠遠低於自成體系地搞一套三進位的巨大投入，那又何樂不為呢？
與此同時，以二進位為基礎的計算機產業迅猛發展，電晶體代替了電子管，單位面積中的集成電路密度越來越大，計算速度指數級提高，以一年甚至半年為時間單位的摩爾定律竟然不可思議地持續了幾十年之久。
存儲、計算、傳輸和封裝技術日新月異，新材料、新工藝層出不窮。網際網路、移動網際網路、人工大模型（AI）、AGI以及智慧機器人為代表的各種智能設備，你方唱罷我登場，對算力的需求越來越高。
終於摩爾定律接近了物理極限，集成電路寬度從幾十納米到幾納米之後，原有的工藝已經無法支持更密集的排列。
人工大模型像是張開血盆大口，吞噬著人類本就不足的電力資源。
低耗能、節電的計算方案被提上日程，三進位架構重新成為研發的熱點。
理論上，單位面積實現相同的運算能力，三進位架構下的集成電路密度低於二進位，低功耗優勢明顯。反之，同樣的集成電路密度條件下，三進位架構的運算速度高於二進位。
但是三進位架構必須從頭開始，除了要額外付出巨大的投入，遇到的困難也很多，三進位架構的第一個短板就是元器件材料問題。
基於三進位的元器件技術路線可以說是百花齊放，歸結起來有兩大類。
一類是利用碳納米管，在納米級操控下，不同圈層直徑口徑可以輸出高、中、低三種穩定電壓，實現分別代表1、0、-1三種狀態，稱為「管徑法」。
另一類技術路線是將三種不同的金屬和氧化物堆疊起來，比如金屬鋰、磷酸鋰和金屬鎳，各自輸出不同的電壓，表示三種不同的狀態，稱為「堆疊法」。
以上兩類方法都能明顯地降低功耗，提升計算速度，各自輸入輸出的三種電壓之間的轉換具有可逆重複性，這也是三進位計算機元器件的必要條件。
三進位架構具有明顯的低功耗優勢，達到節電的目的，但是人工大模型除了大量耗電之外，還大量耗水。
在很多國家和地區，水資源比電力資源還稀缺。
隨著集成電路排列的密集程度達到了原子尺度，納米級的集成電路晶片在生產和運行過程中，
散熱成了大問題。
傳統的風扇已經無法滿足需求，聰明的工程師們把整個電路板都泡在特製的「水」里，用循環水來降溫，也就是所謂的「浸入式」。
怎樣能節約水呢？
在電子信息大潮中，電晶體技術不斷進步，第一代電晶體是矽，第二代電晶體是砷化鎵，第三代電晶體是碳化矽。
新的技術需求和新材料往往是相互成就、相伴相生的。有的時候也會令人尷尬，發明了一種新材料，卻沒有應用需求，而有的應用需求又找不到適合的材料。
在計算機工業發展的很長一段時間裡，對於耐高溫材料元器件的需求並不是很強烈。
這既是一個成本問題，也是一個應用場景必要性的問題。沒有人把計算機放在火上烤，耐高溫又有什麼用呢？
上世紀中葉以後的幾十年裡，前蘇聯發射探測器登陸金星的嘗試進行了二十多次，幾乎都沒有成功傳回信號，因為金星表面高溫高壓，溫度超過400度，地球上現有的任何電氣設備都將被燒毀而無法使用。
新需求呼喚新材料，碳化矽就是一種耐高溫、低電阻、硬度高、穩定性強的材料，碳化矽製成的元器件可以抵禦500度的高溫，
亮國航天局在即將發射的金星探測器上使用的各種電氣設備幾乎都換成了碳化矽元器件。
達芙妮知道一些新型金星探測器的情況，對麥可說：「你的想法是不止金星探測器，而是在計算機的生產和運行過程中也大量使用碳化矽元器件，抵禦高溫，降低散熱的需求，達到節水的目的。」
麥可神秘地笑了，說道：「如果元器件能耐高溫，我們就能把水冷重新改迴風冷，那將不只是節水，是根本就不用水了。」
「啊？你是怎麼想出來的，看來在創新的路上不僅需要科學家，更需要能夠引領方向的戰略家呀！」達芙妮感嘆道。
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無勞比素絲，唐，杜甫此石幸勝之。宋，辛棄疾昔我未嘗造，宋，黃叔美行藏貴適時。清，姜再恆