[ด.ดล Blog] Ternary Computing ทำไม 0 กับ 1 ถึงไม่พอ? เหตุผลที่โลกต้องมูฟออนไป “เลข 3” ลองจินตนาการดูว่า คุณกำลังยืนอยู่หน้าประตูบานใหญ่สองบาน

สำรวจ
ลงทุน
คำถาม

มีบัญชีอยู่แล้ว?หรือ

ด.ดล Blog

ยืนยันแล้ว

•

เมื่อวาน เวลา 12:00 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

Ternary Computing ทำไม 0 กับ 1 ถึงไม่พอ? เหตุผลที่โลกต้องมูฟออนไป “เลข 3”

ลองจินตนาการดูว่า คุณกำลังยืนอยู่หน้าประตูบานใหญ่สองบาน

บานซ้ายเขียนว่า “ใช่” บานขวาเขียนว่า “ไม่”

โลกดิจิทัลที่เราใช้ชีวิตอยู่ทุกวันนี้ ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ตโฟนที่คุณถืออยู่ คอมพิวเตอร์ที่คุณใช้ทำงาน หรือระบบธนาคารที่คุณโอนเงิน ทุกอย่างถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของทางเลือกเพียงแค่สองทางนี้

เราเรียกมันว่า “Binary”

มันคือระบบที่มีแค่เลข 0 และ 1 เป็นรากฐานของทุกสิ่ง จนเราหลงเชื่อไปแล้วว่า นี่คือกฎเหล็กของจักรวาลที่เปลี่ยนแปลงไม่ได้ คอมพิวเตอร์ต้องคิดแบบนี้เท่านั้น

แต่พวกเราอาจจะเข้าใจผิดมาตลอด…

ถ้าผมบอกคุณว่า ในทางคณิตศาสตร์แล้ว เลข 2 ไม่ใช่ตัวเลขที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการคำนวณ

และมนุษย์เราเคยค้นพบ “ทางเลือกที่สาม” ที่ดีกว่า เร็วกว่า มาเกือบ 200 ปีแล้ว แต่ถูกลบหายไปจากหน้าประวัติศาสตร์เพราะเหตุผลที่ไม่เกี่ยวกับเทคโนโลยีเลย

และในวันนี้ ทางเลือกที่สามนั้นกำลังจะฟื้นคืนชีพกลับมา

เมื่อไม่นานมานี้ วงการเทคโนโลยีต้องสั่นสะเทือนเมื่อมีข่าวว่า “Huawei” ยักษ์ใหญ่จากจีน

ได้จดสิทธิบัตรเทคโนโลยีการคำนวณรูปแบบใหม่ ที่ไม่ได้ใช้แค่ 0 กับ 1 แต่มีสถานะที่ 3 เพิ่มเข้ามา

ยินดีต้อนรับเข้าสู่โลกของ “Ternary Computing”

ก่อนจะไปไกลกว่านี้ เราต้องเข้าใจก่อนว่าทำไมต้องเป็นเลข 3

ในโลกปัจจุบัน ข้อมูลทุกอย่างถูกเก็บในหน่วยที่เรียกว่า “Bits” ซึ่งเหมือนสวิตช์ไฟที่มีแค่เปิดกับปิด แต่ในโลกของ Ternary เราเรียกหน่วยย่อยที่สุดว่า “Trits”

ความพิเศษของ “Trits” คือมันเก็บได้ 3 สถานะ ถ้าเทียบเป็นตัวเลขแบบเข้าใจง่าย มันคือ -1, 0, และ 1

ลองนึกภาพตามว่า ถ้าคุณต้องการเขียนตัวเลขจำนวนมหาศาล ในระบบเลขฐานสอง

คุณต้องใช้ตัวเลขเรียงกันยาวเหยียด แต่ถ้าคุณมีทางเลือกเพิ่มขึ้นมาอีกหนึ่งทางในแต่ละหลัก คุณจะใช้จำนวนหลักน้อยลงอย่างมาก

นั่นหมายถึง การใช้พื้นที่เก็บข้อมูลที่น้อยลง และใช้สายไฟในการเชื่อมต่อที่น้อยลง

นักคณิตศาสตร์ได้เคยคำนวณหาค่าความคุ้มค่าที่สุด หรือจุดสมดุลระหว่างความซับซ้อนของระบบกับความจุข้อมูล ผลลัพธ์ที่ได้ออกมาน่าทึ่งมาก

เพราะตัวเลขฐานที่มีประสิทธิภาพที่สุดในจักรวาล ไม่ใช่เลข 2 และไม่ใช่เลข 10

แต่มันคือค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์ที่ชื่อว่า “Euler’s number” ซึ่งมีค่าประมาณ 2.718

ปัญหาคือเราไม่สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีสวิตช์ 2.718 สถานะได้ เราต้องเลือกจำนวนเต็มที่ใกล้เคียงที่สุด

และเลข 3 ก็อยู่ใกล้กับค่าความสมบูรณ์แบบนั้น มากกว่าเลข 2

ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้ว คอมพิวเตอร์เลขฐานสาม จึงมีประสิทธิภาพโดยธรรมชาติสูงกว่าคอมพิวเตอร์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้…

เรื่องนี้ไม่ใช่ไอเดียใหม่ที่เพิ่งคิดค้นกันได้ ความพยายามในการสร้างคอมพิวเตอร์เลขฐานสามมีมาตั้งแต่ปี 1840 โดยนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษชื่อ Thomas Fowler

เขาไม่ได้สร้างคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ แต่สร้างเครื่องคิดเลขที่ทำจากไม้

ซึ่งใช้กลไกของเลขฐานสามในการทำงาน เครื่องนี้แม่นยำและใช้งานง่ายจนนักคณิตศาสตร์ยุคนั้นต้องเอ่ยปากชม

แต่น่าเสียดายที่ยุคนั้นเทคโนโลยียังไม่พร้อม และเมื่อ Fowler เสียชีวิตลง สิ่งประดิษฐ์ของเขาก็หายสาบสูญไปกับกาลเวลา

แต่จุดพีคที่สุดของเรื่องราวนี้ ไม่ได้อยู่ที่อังกฤษ แต่อยู่หลังม่านเหล็กของสหภาพโซเวียตในช่วงสงครามเย็น

ปี 1955 ณ Moscow State University จุดเริ่มต้นของคอมพิวเตอร์เลขฐานสามที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกของโลก เกิดขึ้นจากความขัดแย้งเล็กๆ ของนักวิชาการ

เรื่องมีอยู่ว่า Sergey Sobolev นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ของโซเวียต ต้องการคอมพิวเตอร์มาใช้ในมหาวิทยาลัย

แต่เขาถูกกีดกันจากผู้มีอิทธิพลอีกคน เพียงเพราะเรื่องการเมืองภายในและการโหวตคะแนนเสียงที่ไม่ลงรอยกัน

เมื่อถูกบีบให้ไม่มีทางเลือก Sobolev จึงตัดสินใจว่า ถ้าเขาไม่ให้เราใช้ เราก็สร้างของเราเองเลย

และนั่นคือต้นกำเนิดของโครงการ “SETUN”

ทีมงานโซเวียตต้องเผชิญกับข้อจำกัดมหาศาล พวกเขาขาดแคลนชิ้นส่วนคุณภาพสูง แต่ความขาดแคลนนั้นกลับกลายเป็นแรงผลักดันให้เกิดนวัตกรรม

ทีมวิจัยไปพบไอเดียการใช้แม่เหล็ก หรือ Ferrite Cores มาทำเป็นหน่วยประมวลผล แทนที่จะใช้ไฟฟ้ากระแสเปิดปิดแบบปกติ

พวกเขาสามารถกระตุ้นแม่เหล็กให้มีทิศทางต่างกันได้ และดัดแปลงให้มันเก็บสถานะได้ 3 แบบ

ผลลัพธ์คือ “SETUN” กลายเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิ้นส่วนน้อยกว่าคอมพิวเตอร์ตะวันตกในยุคนั้นมาก

สายไฟน้อยกว่า กินไฟน้อยกว่า แต่กลับทำงานได้รวดเร็วและแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ

ในช่วงปี 1960 ถึง 1970 มีการผลิตเครื่อง “SETUN” ออกมาใช้งานจริงถึง 46 เครื่อง และยังมีรุ่นพัฒนาต่อมาที่ชื่อ “SETUN-70” ซึ่งเริ่มมีการใช้ภาษาโปรแกรมแบบใหม่ที่เรียกว่า “Tryte”

ทุกอย่างดูเหมือนกำลังไปได้สวย โซเวียตกำลังถือครองเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ากว่าในเชิงสถาปัตยกรรม

แต่แล้วจุดหักเหก็มาถึง

ทำไมวันนี้เราถึงไม่ได้ใช้ “SETUN” ทำไมคอมพิวเตอร์ที่คุณใช้ถึงเป็น Binary

คำตอบไม่ใช่เรื่องของเทคโนโลยี แต่เป็นเรื่องของเศรษฐศาสตร์และโมเมนตัม

ในช่วงเวลาเดียวกัน ฝั่งสหรัฐอเมริกาและโลกตะวันตก ทุ่มเงินมหาศาลไปกับการพัฒนาทรานซิสเตอร์แบบไบนารี

อุตสาหกรรมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดถูกออกแบบมาเพื่อรองรับเลข 0 และ 1

เมื่อมีการผลิตจำนวนมาก ต้นทุนของไบนารีก็ถูกลงอย่างรวดเร็ว

กฎของ Moore’s Law เริ่มทำงาน ชิปคอมพิวเตอร์มีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ ทำให้ข้อได้เปรียบเรื่องประสิทธิภาพของ Ternary เริ่มดูไม่คุ้มค่าเมื่อเทียบกับราคาที่ถูกแสนถูกของชิปไบนารี

ประกอบกับแรงกดดันทางการเมืองในโซเวียตเอง ที่ผู้บริหารระดับสูงมองว่าควรเดินตามมาตรฐานโลกมากกว่าการแยกไปทำระบบของตัวเอง

ในที่สุดโครงการ “SETUN” ก็ถูกสั่งระงับ เครื่องคอมพิวเตอร์ถูกทำลาย และทีมวิจัยก็กระจัดกระจาย

N.P. Brusentsov ผู้ออกแบบ “SETUN” เชื่อเสมอว่า Ternary คือระบบที่เหนือกว่า เพราะธรรมชาติไม่ได้มีแค่ขาวกับดำ ไม่ได้มีแค่ใช่กับไม่ใช่ ตรรกะแบบไบนารีนั้นฝืนธรรมชาติการคิดของมนุษย์

แต่เขาก็ทำอะไรไม่ได้ นอกจากหวังว่าสักวันโลกจะหมุนกลับมาหามัน…

และดูเหมือนว่า สักวันที่เขาพูดถึง อาจจะเป็นวันนี้

ตัดภาพกลับมาที่ปัจจุบัน ยุคที่ Moore’s Law กำลังจะตาย

เราไม่สามารถยัดทรานซิสเตอร์ให้เล็กลงไปได้มากกว่านี้อีกแล้วโดยไม่เจอปัญหาความร้อนและข้อจำกัดทางฟิสิกส์

ในขณะเดียวกัน ความต้องการพลังการประมวลผลกลับพุ่งทะยานขึ้นแบบก้าวกระโดดจากการมาถึงของ AI

โมเดลภาษาขนาดใหญ่ที่เราคุยด้วย ต้องใช้พลังงานมหาศาลในการประมวลผล

ปัญหาคอขวดที่ใหญ่ที่สุดคือ การขนส่งข้อมูลจำนวนมหาศาลระหว่างหน่วยความจำกับชิปประมวลผล

นี่คือจังหวะเวลาที่ “Ternary Computing” ถูกปัดฝุ่นขึ้นมาอีกครั้ง

เหตุผลสำคัญคือ “AI” ต้องการความยืดหยุ่น

ในระบบ Neural Network การประมวลผลค่าน้ำหนักของข้อมูล บางครั้งเราต้องการค่าที่เป็น 0 คือ ไม่มีค่า จริงๆ

ในระบบไบนารี การจะบอกว่าค่าเป็น 0 หรือค่าติดลบ ต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อน

แต่ในระบบ Ternary เรามีสถานะ -1, 0, 1 อยู่ในตัวมันเอง นี่คือโครงสร้างที่สอดคล้องกับการทำงานของสมองเทียมมากกว่า

การลดรูปข้อมูลให้เหลือแค่ Ternary ช่วยลดขนาดโมเดล AI ลงได้อย่างมหาศาล โดยที่ความแม่นยำลดลงเพียงเล็กน้อย แต่ประหยัดพลังงานได้มหาศาล เพราะเราสามารถข้ามการคำนวณที่เป็น 0 ไปได้เลย

และนั่นนำมาสู่สิทธิบัตรของ “Huawei”

สิทธิบัตรนี้เป็นการออกแบบวงจรลอจิกเกตแบบ Ternary ที่สามารถนำไปผลิตได้จริง

โดยเสนอวิธีการใช้กลุ่มทรานซิสเตอร์ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่างกัน 3 ระดับ เพื่อสร้างตรรกะแบบสามทางเลือก

ความฉลาดของเรื่องนี้คือการมองเห็นว่า ในยุคที่จีนถูกกีดกันเทคโนโลยีชิปขั้นสูง พวกเขาจำเป็นต้องหาทางลัด หรือฉีกกฎเดิมๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการประมวลผลที่สูงขึ้น โดยไม่ต้องพึ่งพาเครื่องจักรผลิตชิปขนาดจิ๋วที่ตัวเองยังผลิตไม่ได้

ถ้าสู้ด้วยความเล็กของชิปไม่ได้ ก็ต้องสู้ด้วยสถาปัตยกรรมที่ฉลาดกว่า

แน่นอนว่า เส้นทางนี้ไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบ การจะเปลี่ยนโลกจาก 0 และ 1 ให้เป็น -1, 0, 1 ไม่ใช่เรื่องง่าย

เพราะซอฟต์แวร์ทั้งโลก โปรแกรมเมอร์ทุกคน ถูกฝึกมาให้คิดแบบไบนารี

แต่ประวัติศาสตร์สอนเราเสมอว่า ไม่มีเทคโนโลยีใดอยู่ค้ำฟ้า

หลอดสุญญากาศเคยครองโลก ก็พ่ายแพ้ให้ทรานซิสเตอร์ ฟิล์มถ่ายรูปเคยครองโลก ก็พ่ายแพ้ให้เซนเซอร์ดิจิทัล

และในวันที่ AI ต้องการพลังสมองที่มากกว่าเดิม ในวันที่โลกต้องการประหยัดพลังงานมากขึ้น บางที เลข 2 อาจจะไม่ใช่คำตอบสุดท้ายอีกต่อไป

การกลับมาของ “Ternary Computing” ในครั้งนี้ ไม่ใช่แค่เรื่องของความเร็ว แต่เป็นเรื่องของการคิดใหม่ เกี่ยวกับพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ เพื่อให้มันใกล้เคียงกับธรรมชาติและความคิดของมนุษย์มากขึ้น

ไม่แน่ว่า ในอนาคตอันใกล้ คอมพิวเตอร์เครื่องต่อไปของคุณ อาจจะไม่ได้ถามแค่ว่า ใช่ หรือ ไม่ แต่อาจจะมีความเข้าใจในความ กึ่งกลาง มากขึ้น

และนั่นอาจเป็นจุดเริ่มต้นที่แท้จริง ของยุคปัญญาประดิษฐ์ที่ฉลาดล้ำอย่างที่เราจินตนาการไว้

References : [tomshardware, ieee, hackaday, nature, arxiv]

◤━━━━━━━━━━━━━━━◥

หากคุณชอบคอนเทนต์นี้อย่าลืม 'กดไลก์'

หากคอนเทนต์นี้โดนใจอย่าลืม 'กดแชร์'

คิดเห็นอย่างไรคอมเม้นต์กันได้เลยครับผม

◣━━━━━━━━━━━━━━━◢

The original article appeared here https://www.tharadhol.com/ternary-computing/

ติดตามสาระดี ๆ อัพเดททุกวันผ่าน Line OA ด.ดล Blog

คลิกเลย --> https://lin.ee/aMEkyNA

รวม Blog Post ที่มีผู้อ่านมากที่สุด