三进制计算机的发展历程可分为理论探索、苏联实践、技术沉寂和现代复兴四个阶段，其演进不仅反映了技术突破的曲折，也揭示了计算范式竞争背后的复杂因素。
一、理论奠基与早期尝试（1840-1950s）
1.数学逻辑的萌芽
1840年，英国发明家托马斯·福勒（Thomas Fowler）首次提出平衡三进制（-1/0/+1）概念，并设计了基于木材的机械式计算装置，验证了三态逻辑的可行性。这一时期的研究主要集中在数学表达上，例如三进制在对称性问题中的优势逐渐被认知。
2.电子技术的铺垫
20世纪中期，半导体技术的发展为三进制提供了物理基础。真空管和晶体管的出现使得电子信号的三态控制成为可能——正电压（+1）、零电压（0）、负电压（-1）的组合可直接映射三进制状态。苏联科学家谢尔盖·索博列夫（Sergei Sobolev）敏锐捕捉到这一潜力，于1956年发起三进制计算机研发计划。
二、苏联的工程突破与兴衰（1958-1970s）
1.Setun的诞生与成功
1958年，莫斯科国立大学团队推出全球首台电子三进制计算机Setun，采用铁氧体磁芯和半导体二极管构建三态电路，运算速度达2000次/秒，比同期二进制计算机效率提升30%。其核心优势包括：
- 对称编码：无需额外符号位即可处理负数，硬件电路数量减少25%；
- 低功耗特性：在不同室温下表现稳定，维护成本仅为二进制计算机的1/3。
Setun在公测中表现优异，被广泛应用于工程计算、工业控制和教育领域，甚至引发国外订单。但受苏联计划经济体制限制，年产量仅30-50台，最终于1965年停产。
2.Setun 70的技术革新
1970年，改进型Setun 70问世，首次定义三进制字节（tryte）——由6个三进制位（trit）组成，等效于9.5个二进制位。其指令集引入RISC架构思想，启发了迪科斯彻（Edsger W.Dijkstra）的结构化程序设计理论。然而，由于缺乏政府持续支持，该项目成为苏联三进制计算机的绝唱。
三、技术沉寂与学术探索（1970s-2010s）
1.二进制的全面统治
随着集成电路技术的成熟，二进制计算机凭借工艺标准化、生态兼容性和成本优势迅速普及。三进制因硬件复杂度高、缺乏软件生态支持而逐渐边缘化。美国虽在1973年开发了三进制模拟器Ternac，但未进入实际应用。
2.边缘领域的持续研究
这一时期，三进制在以下领域仍有探索：
- 光计算：利用光子偏振态（如0°、90°、180°）实现三态编码，但受限于光信号干扰问题；
- 量子计算：2009年，研究提出用量子三态（qutrit）替代传统量子比特，单量子态信息容量提升1.58倍；
- 材料科学：约瑟夫森结（超导元件）和忆阻器被尝试用于三态存储，但尚未突破量产瓶颈。
四、现代复兴与技术突破（2010s至今）
1.材料与工艺的革新
量子点、二维材料（如石墨烯）和多阈值CMOS工艺的进步，为三态电路稳定性提供了解决方案。例如，华为2025年公布的三进制芯片专利（CN119652311A）采用0V、1.65V、3.3V三态电压，通过优化晶体管结构将功耗降低至二进制的1/3，算力密度提升40%。
2.人工智能与专用场景的适配
三进制在模糊逻辑和不确定性处理上的天然优势，使其在AI领域展现潜力：
- 能效革命：华为昇腾三进制芯片在AI训练中能耗仅为二进制的30%，温度稳定在40℃以下；
- 算法优化：三态逻辑使Transformer模型的注意力机制效率提升30%，支持千亿参数模型实时推理；
- 边缘计算：三进制微控制器在物联网设备中可降低50%功耗，延长电池寿命。
3.生态构建与国际竞争
华为已在鸿蒙系统预留三进制接口，并开发专用编译器和开发工具链。中国清华大学团队实现三进制量子比特操控，中芯国际14nm三进制工艺良率达78%。与此同时，韩国蔚山科学技术大学、美国IBM等机构也在探索三进制与量子计算的融合路径。
五、挑战与未来展望
当前三进制计算机仍面临两大核心挑战：
1.兼容性壁垒：需重构从硬件到软件的全产业链生态，包括三进制-二进制转换电路、编程语言适配和EDA工具开发；
2.成本控制：三态元件制造工艺复杂度较高，目前仅在特定高价值场景（如药物分子模拟、核聚变等离子体仿真）具备成本优势。
展望未来，三进制可能在以下领域实现突破：
- 量子-经典混合计算：作为过渡架构，加速量子算法落地；
- 类脑智能：模拟神经元的兴奋、抑制、静息三态，推动神经形态计算发展；
- 极端环境计算：在深空探测、核反应堆监控等对能效和稳定性要求极高的场景中应用。
三进制计算机的发展不仅是技术问题，更是计算范式的革命。从苏联的Setun到华为的三进制芯片，其演进历程印证了：在技术路径依赖与创新突破的博弈中，底层逻辑的革新往往需要材料、工艺、应用场景的协同突破。随着摩尔定律趋近极限，三进制或将成为开启下一代计算革命的钥匙。
