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Capítulo 5-3º | Chapter 5-3º

¿Futuro de la electrónica: lógica ternaria? | Future of electronics: ternary logic


Sansung-ternaria.png

Fig. I A . C5.3.1- Crédito imag. (SamsungNewsroom).  URL El País: http://cort.as/-MPI1. Samsung cuestiona todo el sistema de 2 dígitos del bit y pasan a añadir un tercer dígito (0,1,2), el llamado trit | Samsung question the entire 2-digit bit system and add a third digit (0,1,2), the so-called trit


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Contenidos

Contents

5.3.1- Introducción

5.3.1- Introducction

5.3.2.- Otras experiencias anteriores con la lógica ternaria

5.3.2.- Other previous experiences with ternary logic

5.3.3.- Aplicaciones en la Inteligencia Artificial

5.3.3.- Applications in Artificial Intelligence



Autor / Author: Juan Antonio Lloret Egea |eu-ai-alliance-3_0.pngMiembro de la Alianza Europea para la IA / Member to the European AI Alliance | https://orcid.org/0000-0002-6634-3351| Escrito / Writed: 14/07/2019. Actualizado / Updated: 19/08/2019 |

© 2019. Licencia de uso / License for use: [ Los estados de la inteligencia artificial (IA) | The states of artificial intelligence (AI) ] Creative Commons CC BY-NC-ND |ISSN 2695-3803 | Preprint DOI 10.13140/RG.2.2.17465.93281/1|

Al igual que sucede en la electrónica cuántica, la electrónica ternaria busca tres estados (o más) para encontrar la posibilidad inevitable de pensar en unidades de control sensoriales (UCS)/ As in quantum electronics, ternary electronics searches for three states (or more) to find the inevitable possibility of thinking of Sensory Control Units (SCU)


Se podría desarrollar y comercializar en cinco años. It could be developed and commercialized in five years C5.3-1.

1958 en la Unión Soviética, Moscow State University por Nikolay Brusentsov, fue la primera experiencia sobre lógica ternaria (ordenador Setun) / 1958 in the Soviet Union, Moscow State University by Nikolay Brusentsov, was the first experience on ternary logic (Setun computer)


5.3.1- Introducción | Introducction

El equipo del profesor (UNIST) Kim Kyung-rok, 'Tecnología de semiconductores ternarios ultrabajos'. El UNIST (Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada), Kyung-Rak Kim, ha logrado realizar el 'Semiconductor de Oxido de metal Ternario' en obleas de silicio ultragrandes por primera vez en el mundoC5.3-2.

De ser verificado:

«Se espera que tenga un gran impacto en el desarrollo de tecnologías como la IA, navegación autónoma, Internet de las cosas, biochips y robots, que son el núcleo de la cuarta revolución industrial»C5.3-2.


Genial la ideal de estabilizar la corrientes de fuga bajo tensión de 0,5 V. Porque encontrar tres estados de voltaje (por ejemplo en tecnología TTL) 0, 3 y 5 V (u otros) supone la asignación a un sistema ternario como éste: 0, 1, 2. Que significa un sistema base tres. Sus equivalencias serían las de abajo, (Fig. IA.C5-6). Es decir, el 8 significa 4 dígitos en binario y, sin embargo, significa 3 dígitos en sistema ternario. Y es de suponer que el circuito sea fácilmente adaptable con alguna interface sencilla previa. La velocidad aumentaria y el consumo de energía es menor obviamente. Esto lo hace muy buena inversión en el campo de la Inteligencia Artificial. El periodo de desarrollo y comercialización no resulta creíble, ya veremos. Pero apunta buenas maneras. Y todo ello aún en tecnología CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) a escala de oblea que parecía haber hecho ya techo.

Decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Binario 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000
Ternario 000 001 002 010 011 012 020 021 022

Fig. I A . C5.3-2.- Equivalencia entre sistemas


Componentes de 2 pines conectados a componentes de 3 pines

Un uso pudiera ser para las comunicaciones en serie entre terminales interconectados. Habría que medir tiempos y ver tablas comparativas con datos reales. Y por supuesto memorias más poderosas. Además de una ¿nueva tecnología? basada en conexiones ternarias, claro.

(En principio la comunicación paralelo es más rápida que la serie, pero tiene muchos más problemas de ruido, longitud de cable y es más costosa y menos fiable. Y un ensamblaje paralelo/paralelo no es ni mucho menos descartable entre elementos binarios y ternarios... La comunicación serie de alta velocidad actualmente ha desplazado a las conexiones paralelo, pero hemos de ser cautos en este terreno porque los rendimientos cambian con el paso del tiempo y con el abaratamiento de circuitos con según qué tecnología empleemos. En todo caso es posible comunicar sistemas binarios con ternarios ).

La conclusión: un nuevo circuito ternario (0,1,2) en serie (multiplexado/demultiplexado si es necesario) combinado con otro antiguo circuito binario (0,1) para hacerlos compatibles en conexión generaría un aumento importante en velocidad y fiabilidad: algo muy deseable para ciertas áreas de la electrónica de la IA. Y un uso ternario de la tecnología completa aún más... No obstante, la tecnología de materiales cuánticos del tipo MESO (Intel) está presionando seriamente a CMOS. Y si este proyecto se dilata en el tiempo, quizá no vea la luz. Tengamos presente que por término medio se necesitan entre 8-12 años para desarrollar un producto y ponerlo en el mercado. ¿Probabilidades de ser una realidad? Pocas.


[English]

The team of Professor (UNIST) Kim Kyung-rok, 'Ultra-low ternary semiconductor technology'. The UNIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), Kyung-Rak Kim, has managed to perform the 'Ternary Metal Oxide Semiconductor' in ultra-large silicon wafers for the first time in the worldC5.3-2.

If verified:

"It is expected to have a great impact on the development of technologies such as AI, autonomous navigation, Internet of things, biochips and robots, which are the core of the fourth industrial revolution" C5.3-2

Great the ideal of stabilizing the leakage currents under voltage of 0.5 V. Because, finding three voltage states (for example in TTL) 0, 3 and 5 V (or others) implies the assignment to a ternary system like this: 0, 1, 2. That is, 8 means 4 digits in binary and, however, means 3 digits in ternary system.. And presumably the circuit is easily adaptable with some previous simple interface. The speed would increase and the energy consumption is obviously lower. This makes it a very good investment in the field of Artificial Intelligence. The development and commercialization period is not credible, we'll see. But aim good ways. And all this still in CMOS technology (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) at wafer scale which seemed to have already made a roof.

Decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Binary 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000
Ternary 000 001 002 010 011 012 020 021 022

Fig. I A . C5.3-2.-Equivalence between systems

2-pin components connected to 3-pin components

One use could be for serial communications between interconnected terminals. It would be necessary to measure times and see comparative tables with real data. And of course more powerful memories. In addition to a new technology? based on ternary connections, of course.

(In principle, parallel communication is faster than the series, but it has many more problems with noise, cable length and is more expensive and less reliable. And a parallel/parallel assembly is not much less disposable between binary and ternary elements... The high-speed serial communication has currently displaced parallel connections, but we have to be cautious in this field because the performance changes over time and with the cheapening of circuits according to which technology we use. In anyway is possible to communicate binary systems with ternaries).

The conclusion: a new ternary circuit (0,1,2) in series (multiplexed/demultiplexed if necesary) combined with another old binary circuit (0,1) to make them compatible in connection would generate a significant increase in speed and reliability: something very desirable for certain areas of AI electronics. And a ternary use of technology completes even more... However, quantum material technology of the MESO (Intel) type is seriously pressing CMOS. And if this project expands over time, may not see the light. Keep in mind that on average it takes between 8-12 years to develop a product and put it on the market. Probabilities of being a reality? Few



*Aclaro este tipo de conexiones porque he leído opiones que se preguntan cómo se conectaríán o compatibilizaríán conexiones de 2 pines (binarias) a 3 pines (ternarias). El oficio de periodismo es duro. / I clarify this type of connections because I have read options that ask how 2-pin (binary) to 3-pin (ternary) connections will be connected or made compatible. The journalism profession is hard.


AbstractoC5.3-3 / Nature Electronics

Los límites de densidad de potencia de la tecnología complementaria de metal-óxido-semiconductor (CMOS) podrían superarse al pasar de un sistema lógico binario a uno ternario. Sin embargo, los dispositivos ternarios generalmente se basan en esquemas de voltaje de umbral múltiple, lo que dificulta el desarrollo de plataformas de dispositivos ternarios escalables en potencia y producibles en masa. Aquí presentamos una tecnología CMOS ternaria a escala de oblea y energéticamente eficiente. Nuestro enfoque se basa en un voltaje de umbral único y se basa en un tercer estado de voltaje creado usando una corriente constante fuera del estado que se origina en el túnel de banda a banda de mecánica cuántica. Esta corriente constante puede reducirse a un nivel sub-picoamperio bajo un voltaje bajo aplicado de 0.5 V. El análisis de un inversor CMOS ternario ilustra la tolerancia de variación del tercer estado de voltaje de salida intermedio y sus características de transferencia de voltaje de entrada y salida simétricas. Permitir que se demuestren circuitos integrados con lógica ternaria y funciones de memoria de celda de retención.


En el texto publicado en Samsung Newsroom, se describe:

El semiconductor ternario desarrollado por el equipo de investigación del profesor Kim procesa información con valores de 0, 1 y 2. Los semiconductores Trinity reducen la cantidad de información que debe procesarse, lo que resulta en un cálculo más rápido y un menor consumo de energía. Con el fin de procesar eficientemente información que aumenta rápidamente al reducir el tamaño de los dispositivos semiconductores y aumentar la densidad por unidad de área, la corriente de fuga aumenta debido al aumento en el túnel mecánico cuántico causado por la miniaturización de los dispositivos. Además, existe un gran problema que aumenta el consumo de energía. El equipo de investigación del profesor Kim utiliza la corriente de fuga, una de las principales razones del aumento en el consumo de energía, para realizar el procesamiento de información en dispositivos semiconductores a través de un cambio radical en las ideas. El equipo implementó la información de manera ternaria en función de la cantidad de corriente de fuga C5.3-4.

El profesor Kim Kyung-rok dijo: "Los resultados de este estudio muestran que no solo la implementación de dispositivos semiconductores ternarios de potencia ultrabaja y tecnologías de circuitos integrados que utilizan tecnología de proceso de dispositivos semiconductores binarios existentes, sino también la producción en áreas extensas mostró la posibilidad de comercialización de dispositivos semiconductores ternarios". Tiene sentido, "dijo." Vamos a liderar el cambio de paradigma futuro en semiconductores, basados ​​en procesos y diseño de memoria y semiconductores de sistemasC5.3-4.


5.3.2.- Otras experiencias anteriores con la lógica ternaria

Si echamos mano de la historia y pensamos de forma exclusiva en la lógica ternaria (y no en las obleas de silicio ultragrandes), la historia no es nueva y trae antecedentes. De hecho en Wikipedia podemos encontrar:

«Una de las primeras máquinas de cálculo, construida por Thomas Fowler completamente de madera en 1840, funcionaba en ternario equilibrado. La primera computadora ternaria electrónica moderna Setun fue construida en 1958 en la Unión Soviética en la Universidad Estatal de Moscú por Nikolay Brusentsov y tenía notables ventajas sobre las computadoras binarias que eventualmente la reemplazaron, como un menor consumo de electricidad y un menor costo de producción. En 1970, Brusentsov construyó una versión mejorada de la computadora, que llamó Setun-70. En los EE. UU., El emulador de computación ternario Ternac que trabajaba en una máquina binaria se desarrolló en 1973. La computadora ternaria QTC-1 se desarrolló en Canadá»C5.3-5.

También en un repositorio digital de la Universidad Politécnica Nacional (2005) podemos encontrar una tesis:

«Se presenta una introducción sobre la lógica ternaria, a continuación se estudian las funciones ternarias scrambler/descrambler que se pueden aplicar en telecomunicaciones para la transmisión de datos, los mismos que se envían sobre fibra óptica, cable, radio, etc. Luego se detallan aspectos para desarrollar aplicaciones, por lo que es necesario contar con circuitos que permitan manipular tres estados lógicos, de allí que se plantea una estructura de circuito que brinda las mejores ventajas de diseño y fabricación de circuitos, que son comparables a las ventajas que ofrece la tecnología CMOS para circuitos lógicos binarios. Así, con los circuitos básicos de la estructura de circuito SUS-LOC y utilizando lógica combinacional se pueden realizar circuitos aritméticos (sumadores y multiplicadores), memorias, multiplexores, conversores A/D, etc.»C5.3-6.

Corolario: lógica trivalente

El análisis de este avance científico anterior nos da pie a comentar las enormes posibilidades de un sistema de lógica trivalente: se llama lógica ternaria o lógica trivalente a cualquier sistema lógico multivaluado en el que hay tres valores de verdad, indicando 'Verdadero', 'Falso' y algún otro valor indeterminado. La idea fundamental de la lógica trivalente fue formulada por Łukasiewicz, Lewis y SulskiC5.3-7.


5.3.3.- Aplicaciones en la Inteligencia Artificial

La inteligencia artificial es realmente el campo más prometedor que ofrece una serie de ámbitos en los que se han utilizado sistemas de multivaluados, MVL ( Multi-Valued Logics) debido a su posibilidad para abarcar un rango más amplio de estados. Una aplicación está relacionada con la posibilidad de representar preocupaciones, sentido común, razonamientos, etc. por medio de herramientas matemáticas como conjuntos difusos y lógica difusa. Otra, relacionada con la anterior, viene dada por la automatización de datos y la minería de conocimiento. Especial mención los procedimientos basados en la unión de vectores que reúnen una determinada característica: métodos de clusteringC5.3-7.

Al igual que sucede en la electrónica cuántica, la electrónica ternaria busca tres estados (o más) para encontrar la posibilidad inevitable de pensar en unidades de control sensoriales (UCS). Unas unidades que puedan tener, por ejemplo, los 5 sentidos humanos: oído, vista, olfato, tacto y gusto. O una unidad electrónica para evaluar experiencias intrísecas e extrínsecas y por esa vía aperturar pautas a la conducta aprendida. Ambas investigaciones, la cuántica y la ternaria, pueden y deben confluir (al menos) en tres estados: 0,1, [0,1].


[English]

Abstract C5.3-3 / Nature Electronics

The power density limits of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology could be exceeded by moving from a binary logic system to a ternary one. However, ternary devices are generally based on multi-threshold voltage schemes, which makes it difficult to develop platforms of power-scalable and mass-produced ternary devices. Here we present a CMOS technology ternary wafer scale and energy efficient. Our approach is based on a single threshold voltage and is based on a third voltage state created using a constant current outside the state that originates in the quantum mechanics band-to-band tunnel. This constant current can be reduced to a sub-peak level under an applied low voltage of 0.5 V. The analysis of a ternary CMOS inverter illustrates the tolerance of variation of the third state of intermediate output voltage and its input voltage transfer characteristics and symmetric output Allow integrated circuits with ternary logic and retention cell memory functions to be demonstrated.


In the article published in Samsung Newsroom, it is described:

The ternary semiconductor developed by Professor Kim's research team processes information with values ​​of 0, 1 and 2. Trinity semiconductors reduce the amount of information to be processed, resulting in faster calculation and lower energy consumption. In order to efficiently process information that increases rapidly by reducing the size of semiconductor devices and increasing the density per unit area, the leakage current increases due to the increase in the quantum mechanical tunnel caused by the miniaturization of the devices. In addition, there is a big problem that increases energy consumption. Professor Kim's research team uses the leakage current, one of the main reasons for the increase in energy consumption, to perform information processing in semiconductor devices through a radical change in ideas. The team implemented the information on a ternary basis based on the amount of leakage current C5.3-4.

Professor Kim Kyung-rok said: "The results of this study show that not only the implementation of ultra-low power ternary semiconductor devices and integrated circuit technologies using existing binary semiconductor device process technology, but also production in large areas showed the possibility of commercialization of ternary semiconductor devices. " It makes sense, "he said." We will lead the future paradigm shift in semiconductors, based on processes and memory design and system semiconductorsC5.3-4.


5.3.2.- Other previous experiences with ternary logic


If we take hold of history and think exclusively of ternary logic (and not ultra-large silicon wafers), the story is not new and brings background. In fact on Wikipedia we can find:

«One early calculating machine, built by Thomas Fowler entirely from wood in 1840, operated in balanced ternary. The first modern, electronic ternary computer Setun was built in 1958 in the Soviet Union at the Moscow State University by Nikolay Brusentsov and it had notable advantages over the binary computers which eventually replaced it, such as lower electricity consumption and lower production cost. In 1970 Brusentsov built an enhanced version of the computer, which he called Setun-70.In the USA, the ternary computing emulator Ternac working on a binary machine was developed in 1973. The ternary computer QTC-1 was developed in Canada»C5.3-5.

Also in a digital repository of the National Polytechnic University (2005) we can find a thesis:

«An introduction to ternary logic is presented, then we study the ternary scrambler / descrambler functions that can be applied in telecommunications for the transmission of data, which are sent over fiber optic, cable, radio, etc. Then aspects to develop applications are detailed, so it is necessary to have circuits that allow three logical states to be manipulated, hence a circuit structure is proposed that provides the best advantages of circuit design and manufacturing, which are comparable to the advantages which offers CMOS technology for binary logic circuits. Thus, with the basic circuits of the SUS-LOC circuit structure and using combinational logic, arithmetic circuits (adders and multipliers), memories, multiplexers, A / D converters, etc. can be made»C5.3-6.

Corollary: trivalent logic


The analysis of this previous scientific advance gives us the opportunity to comment on the enormous possibilities of a trivalent logic system: ternary logic or trivalent logic is called any multivalued logical system in which there are three truth values, indicating 'True', 'False 'and some other undetermined value. The fundamental idea of ​​trivalent logic was formulated by Łukasiewicz, Lewis and SulskiC5.3-7.


5.3.3.- Applications in Artificial Intelligence

Artificial intelligence is really the most promising field that offers a range of areas in which multivalued systems, MVL (Multi-Valued Logics) have been used due to their possibility to cover a wider range of states. An application is related to the possibility of representing concerns, common sense, reasoning, etc. through mathematical tools such as fuzzy sets and fuzzy logic. Another, related to the previous one, is given by data automation and knowledge mining. Special mention is made of procedures based on the union of vectors that have a certain characteristic: clustering methodsC5.3-7.

As in quantum electronics, ternary electronics searches for three states (or more) to find the inevitable possibility of thinking of Sensory Control Units (SCU). Units that may have, for example, the 5 human senses: hearing, sight, smell, touch and taste. Or an electronic unit to evaluate intrinsic and extrinsic experiences and in that way open guidelines for learned behavior. Both research, quantum and ternary, can and should come together (at least) in three states: 0.1, [0.1].


Bibliografía | Bibliografy


[C5.3-1]Rus, C. (22 de julio, 2019). Desarrollan el primer procesador ternario del mundo: en vez de un sistema binario de 0 y 1 utiliza 0, 1 y 2. (Xataka). [Recuperado (04/08/2019) de: https://www.xataka.com/ordenadores/desarrollan-primer-procesador-ternario-mundo-vez-sistema-binario-0-1-utiliza-0-1-2]

[C5.3-2] Samsung Newsroom. (15 de julio, 2019). El equipo del profesor UNIST Kim Kyung-rok, 'Tecnología de semiconductores ternarios ultrabajos'. [Recuperado (31/07/2019) de: https://news.samsung.com/medialibrary/kr/photo/46622?album=45]

[C5.3-3] Kim Kyung-rok et al. (15 de julio, 2019).Tunnelling-based ternary metal–oxide–semiconductor technologyNature Electronics. [Recuperado (04/08/2019) de: https://www.nature.com/articles/s41928-019-0272-8]

[C5.3-4] 김경록 교수 연구팀, ‘초절전 3진법 반도체 기술’ 대면적 웨이퍼에 세계 최초 구현 / Samsung Newsroom. (18 de julio, 2019). El equipo de investigación del profesor Kyung Rok Kim implementa la primera tecnología de semiconductores ternarios de ultra baja potencia del mundo en obleas de área grande. [Recuperado (31/07/2019) de: https://news.samsung.com/kr/?p=394875]

[C5.3-5] Morales Naranjo, M. E. (Mayo de 2005). Estudio de la lógica ternaria y de la estructura del circuito de lógica simétrica suplementaria.  BIBdigital. [Recuperado (04/08/2019) de: https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/5647/1/T2367.pdf]

[C5.3-6] Wikipedia. Ternary computer. [Recuperado (04/08/2019) de: https://en.wikipedia.org/wiki/Ternary_computer]

[C5.3-7] Wikipedia. Lógica trivalente. [Recuperado (04/08/2019) de: https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica_trivalente]


© 2019. Licencia de uso y distribución / License for use and distribution: [ Los estados de la inteligencia artificial (IA) | The states of artificial intelligence (AI) ] creative commons CC BY-NC-ND |ISSN 2695-3803|


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