Proč nemáme 128bitové CPU

Mezi slovy počítačové slovní zásoby je bit určitě jedním z nejznámějších. Celé generace videoherních konzolí a jejich pixelované umělecké styly jsou definovány bity (například 8bitové a 16bitové) a spousta aplikací nabízí 32bitové i 64bitové verze.

Když se podíváte na tuto historii, můžete vidět, že naše schopnost zacházet s bity se v průběhu let zvýšila. Zatímco 64bitové čipy byly poprvé představeny v 90. letech a staly se hlavním proudem v roce 2000, stále nemají 128bitové CPU. I když se 128 může po 64 zdát jako přirozený krok, je to cokoliv ale.

Co je dokonce trochu?

Než budeme mluvit o tom, proč 128bitové CPU neexistují, musíme si promluvit o tom, co je bit. V podstatě se to týká schopností CPU. Je tvořena slovy binární a číslice, je to nejmenší jednotka ve výpočetní technice a výchozí bod veškerého programování. Bit lze definovat pouze jako 1 nebo 0 (proto binární), ačkoli tato čísla lze interpretovat jako pravdivá nebo nepravdivá, zapnutá nebo vypnutá a dokonce jako znaménko plus nebo mínus.

Samotný jeden bit není příliš užitečný, ale použití více bitů je jiný příběh, protože kombinaci jedniček a nul lze definovat jako něco, například číslo, písmeno nebo jiný znak. Pro 128bitové výpočty nás zajímají pouze celá čísla (čísla, která nemají desetinnou čárku), a čím více bitů je, tím více čísel může procesor definovat. Používá docela jednoduchý vzorec 2^x, kde x je počet bitů. Ve 4bitových výpočtech je největší celé číslo, do kterého můžete počítat, 15, což je o jedno méně než 16, které vám dává vzorec, ale programátoři začínají počítat od 0 a ne od 1.

Pokud 4-bit může uložit pouze 16 různých celých čísel, pak se nemusí zdát, že přechod na 8- nebo 32- nebo dokonce 128-bitový by byl tak velký problém. Ale máme co do činění s exponenciálními čísly, což znamená, že věci začínají pomalu, ale pak se velmi rychle rozbíhají. Abychom to demonstrovali, zde je malá tabulka, která ukazuje největší celá čísla, která můžete vypočítat v binární podobě od 1 do 128 bitů.

Nyní tedy pravděpodobně vidíte, proč zdvojnásobení počtu bitů vede k tomu, že zvládnete čísla, která nejen zdvojnásobí svou velikost, ale jsou řádově větší. Přesto, i když by nám 128bitové výpočty umožnily pracovat na mnohem větších číslech než 64bitové výpočty, stále je nepoužíváme.

Jak jsme přešli z 1-bitu na 64-bit

Je celkem jasné, proč CPU přešly z 1bitu na více bitů: Chtěli jsme, aby naše počítače dělaly více věcí. S jedním, dvěma nebo čtyřmi bity toho nevystačíte, ale na hranici 8 bitů se arkádové automaty, herní konzole a domácí počítače staly proveditelnými. Postupem času se výroba procesorů zlevnila a fyzicky se zmenšily, takže přidání hardwaru potřebného ke zvýšení počtu bitů, které CPU zvládá, byl docela přirozený krok.

Exponenciální povaha bitů se velmi rychle projeví při srovnání 16bitových konzolí jako SNES a Sega Genesis s jejich 8bitovými předchůdci, především NES. Super Mario Bros 3 byla jednou z nejsložitějších her NES z hlediska mechaniky a grafiky a byla zcela zakrnělá Svět Super Mario, který byl vydán jen o dva roky později (ačkoli zde bylo klíčovým faktorem také vylepšení technologie GPU).

Stále nemáme 128bitové CPU, i když je to téměř tři desetiletí, co se na trhu objevily první 64bitové čipy.

Nejde však jen o videohry; skoro všechno se zlepšilo s více bity. Přechod z 256 čísel v 8bitové verzi na 65 356 čísel v 16bitové verzi znamenal přesnější sledování času, zobrazení více barev na displejích a adresování větších souborů. Ať už používáte osobní počítač IBM, poháněný 8bitovým procesorem Intel 8088, nebo stavíte server pro společnost, která je připravena být online, více bitů je prostě lepších.

Průmysl se velmi rychle posunul z 16bitové na 32bitovou a nakonec 64bitovou výpočetní techniku, která se stala hlavním proudem koncem 90. let a začátkem 21. století. Některé z nejdůležitějších raných 64bitových CPU byly nalezeny v Nintendo 64 a počítačích poháněných AMD Athlon 64 a Opteron. CPU. Co se týče softwaru, 64bitová verze začala brzy dostávat běžnou podporu operačních systémů jako Linux a Windows 2000 Ne všechny pokusy o 64bitové zpracování však byly úspěšné; Serverové procesory Intel Itanium byly velmi závažným selháním a jsou některé z nejhorších procesorů společnosti vůbec.

Dnes jsou 64bitové procesory všude, od chytrých telefonů přes počítače až po servery. Čipy s menším počtem bitů jsou stále vyráběny a mohou být žádoucí pro specifické aplikace, které nezvládají větší čísla, ale jsou poměrně málo. Přesto stále nemáme 128bitové CPU, i když je to téměř tři desetiletí, co se na trhu objevily první 64bitové čipy.

128bitové výpočty hledají problém k vyřešení

Možná si myslíte, že 128bitová verze není životaschopná, protože je obtížné nebo dokonce nemožné ji provést, ale ve skutečnosti tomu tak není. Spousta částí v procesorech, CPU a podobně je 128bitových nebo větších, jako jsou paměťové sběrnice na GPU a SIMD na CPU, které umožňují AVX instrukce. Konkrétně mluvíme o schopnosti zpracovávat 128bitová celá čísla, a přestože prototypy 128bitových CPU byly vytvořeny ve výzkumných laboratořích, žádná společnost ve skutečnosti neuvedla 128bitový CPU. Odpověď může být antiklimatická: 128bitový procesor prostě není příliš užitečný.

64bitový procesor dokáže zpracovat více než 18 kvintilionů jedinečných čísel od 0 do 18 446 744 073 709 551 615. Naproti tomu 128bitový CPU by zvládl přes 340 undecilionových čísel a garantuji vám, že jste "decilion" za celý svůj život ani neviděli. Najít použití pro počítání čísel s tolika nulami je docela náročné, i když používáte jednu z nich bity podepsat celé číslo, které by mělo rozsah od záporných 170 undecillionů do kladných 170 undecillion.

Jedinými významnými případy použití pro 128bitová celá čísla jsou adresy IPv6, univerzálně jedinečné identifikátory (nebo UUID), které se používají k vytváření jedinečných ID pro uživatele (Minecraft je vysoce profilovaný případ použití pro UUID) a souborové systémy jako ZFS. Věc se má tak, že 128bitové procesory nejsou nutné pro zvládnutí těchto úkolů, které byly schopny v pohodě existovat na 64bitovém hardwaru. Klíčovým důvodem, proč nemáme 128bitové CPU, je nakonec to, že není poptávka po 128bitovém hardwarově-softwarovém ekosystému. Průmysl by to určitě dokázal, kdyby chtěl, ale prostě to nejde.

Dveře jsou mírně otevřené pro 128bit

Ačkoli 128bitové CPU dnes nejsou samozřejmostí a zdá se, že žádná společnost v dohledné době žádný nevydá, nezašel bych tak daleko, abych řekl, že 128bitové CPU se nikdy nestane. Specifikace pro RISC-V ISA ponechává možnost budoucího 128bitového architektura na stole, ale neuvádí podrobnosti o tom, co by ve skutečnosti bylo, pravděpodobně proto, že prostě nebylo naléhavé to navrhnout.

Tři sta čtyřicet undecillionů, největší číslo, které lze vytvořit se 128 bity, také není zdaleka tolik jako tam jsou atomy ve vesmíru, který je považován za největší počet, který má nějaký skutečný svět význam. Pokud jste někdy chtěli simulovat pořádný kus vesmíru až na atomovou úroveň, pak by se k tomu možná opravdu hodil 128bitový CPU. Kromě toho je těžké říci, k čemu by se 128bitový CPU používal, ale před mnoha lety jsme také přemýšleli, na co byste mohli chtít terabajt RAM.