Miksi meillä ei ole 128-bittisiä suorittimia?

Tietokoneen sanaston sanoista bitti on varmasti yksi tunnetuimmista. Kokonaiset videopelikonsolisukupolvet ja niiden pikselöidyt taidetyylit määritellään bittien avulla (kuten 8-bittiset ja 16-bittiset), ja monet sovellukset tarjoavat sekä 32- että 64-bittisiä versioita.

Jos katsot tätä historiaa, voit nähdä, että kykymme käsitellä bittejä on kasvanut vuosien varrella. Vaikka 64-bittiset sirut esiteltiin ensimmäisen kerran 90-luvulla ja niistä tuli valtavirtaa 2000-luvulla, me ei vieläkään ole 128-bittisiä suorittimia. Vaikka 128 saattaa tuntua luonnolliselta askeleelta 64:n jälkeen, se on mitä tahansa mutta.

Mikä edes on vähän?

Ennen kuin puhumme siitä, miksi 128-bittisiä suorittimia ei ole olemassa, meidän on puhuttava siitä, mitä bitti on tasainen. Pohjimmiltaan se viittaa suorittimen ominaisuuksiin. Se on muodostettu sanoista binääri ja numero, ja se on laskennan pienin yksikkö ja kaiken ohjelmoinnin lähtökohta. Bitti voidaan määritellä vain 1 tai 0 (siis binääri), vaikka nämä luvut voidaan tulkita tosi tai epätosi, päällä tai pois päältä ja jopa plus- tai miinusmerkkinä.

Yksittäinen bitti ei yksinään ole kovin hyödyllinen, mutta useamman bitin käyttäminen on eri juttu, koska ykkösten ja nollien yhdistelmä voidaan määritellä joksikin, kuten numeroksi, kirjaimeksi tai muuksi merkiksi. 128-bittisessä laskennassa meitä kiinnostavat vain kokonaisluvut (luvut, joissa ei ole desimaalipistettä), ja mitä enemmän bittejä on, sitä enemmän lukuja prosessori voi määrittää. Se käyttää melko yksinkertaista 2^x-kaavaa, jossa x on kuinka monta bittiä on. 4-bittisessä laskennassa suurin kokonaisluku, johon voit laskea, on 15, mikä on yhtä pienempi kuin kaavan antama 16, mutta ohjelmoijat alkavat laskea nollasta eivätkä yhdestä.

Jos 4-bittinen voi tallentaa vain 16 erilaista kokonaislukua, 8- tai 32- tai edes 128-bittiseen siirtyminen ei ehkä olisi kovin iso juttu. Mutta tässä on kyse eksponentiaalisista lukuista, mikä tarkoittaa, että asiat alkavat hitaasti, mutta etenevät sitten hyvin nopeasti. Tämän havainnollistamiseksi tässä on pieni taulukko, joka näyttää suurimmat kokonaisluvut, jotka voit laskea binäärimuodossa 1-128-bittisenä.

Joten nyt voit luultavasti ymmärtää, miksi bittien määrän kaksinkertaistaminen johtaa siihen, että pystytään käsittelemään numeroita, jotka eivät vain kaksinkertaistu, vaan ovat suuruusluokkaa suurempia. Silti, vaikka 128-bittinen tietojenkäsittely antaisi meille mahdollisuuden työskennellä paljon suurempien lukujen parissa kuin 64-bittinen laskenta pystyy, emme silti käytä sitä.

Miten siirryimme 1-bittisestä 64-bittiseen

On melko selvää, miksi prosessorit siirtyivät 1-bittisistä enemmän bitteihin: Halusimme tietokoneidemme tekevän enemmän asioita. Yhdellä, kahdella tai neljällä bitillä ei voi tehdä paljoakaan, mutta 8-bittisellä merkillä pelihallikoneet, pelikonsolit ja kotitietokoneet tulivat mahdollisiksi. Ajan myötä prosessoreista tuli halvempia valmistaa ja fyysisesti pienempiä, joten prosessorin käsittelemien bittien määrän lisäämiseen tarvittavan laitteiston lisääminen oli melko luonnollista.

Bittien eksponentiaalinen luonne tulee ilmi hyvin nopeasti, kun verrataan 16-bittisiä konsoleita, kuten SNES ja Sega Genesis, niiden 8-bittisiin edeltäjiin, pääasiassa NES: iin. Super Mario Bros 3 oli yksi NES: n monimutkaisimmista peleistä mekaniikan ja grafiikan suhteen, ja se jäi täysin kääpiöiksi. Super Mario World, joka julkaistiin vain kaksi vuotta myöhemmin (vaikka GPU-tekniikan parannukset olivat myös avaintekijä tässä).

Meillä ei edelleenkään ole 128-bittisiä suorittimia, vaikka ensimmäisten 64-bittisten sirujen markkinoille tulosta on kulunut melkein kolme vuosikymmentä.

Kyse ei kuitenkaan ole vain videopeleistä; Melkein kaikki parani lisäämällä bittejä. Siirtyminen 256 numerosta 8-bittisessä 65 356 numerossa 16-bittisessä merkitsi ajan seurantaa tarkemmin, enemmän värejä näytöillä ja suurempien tiedostojen käsittelemistä. Käytätpä sitten IBM: n henkilökohtaista tietokonetta, joka toimii Intelin 8-bittisellä 8088-suorittimella, tai rakennat palvelinta yritykselle, joka on valmis verkkoon, enemmän bittejä on vain parempi.

Teollisuus siirtyi melko nopeasti 16-bittisestä 32-bittiseen ja lopulta 64-bittiseen tietojenkäsittelyyn, josta tuli valtavirtaa 90-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa. Jotkut tärkeimmistä varhaisista 64-bittisistä prosessoreista löytyivät Nintendo 64:stä ja tietokoneista, jotka toimivat AMD: n Athlon 64:llä ja Opteronilla. prosessorit. Ohjelmistopuolella 64-bittinen alkoi saada valtavirran tukea käyttöjärjestelmiltä, ​​kuten Linuxilta ja Windowsilta 2000-luku. Kaikki 64-bittisen tietojenkäsittelyyritykset eivät kuitenkaan onnistuneet; Intelin Itanium-palvelinprosessorit olivat korkean profiilin vika ja ovat joitain yhtiön kaikkien aikojen huonoimmista prosessoreista.

Nykyään 64-bittisiä suorittimia on kaikkialla älypuhelimista tietokoneisiin ja palvelimiin. Siruja, joissa on vähemmän bittejä, valmistetaan edelleen, ja ne voivat olla toivottavia tietyissä sovelluksissa, jotka eivät käsittele suurempia määriä, mutta ne ovat melko markkinarakoja. Meillä ei kuitenkaan edelleenkään ole 128-bittisiä suorittimia, vaikka ensimmäisten 64-bittisten sirujen markkinoille tulosta on kulunut melkein kolme vuosikymmentä.

128-bittinen tietojenkäsittely etsii ongelmaa ratkaistavaksi

Saatat ajatella, että 128-bittinen ei ole käyttökelpoinen, koska se on vaikeaa tai jopa mahdotonta tehdä, mutta se ei todellisuudessa pidä paikkaansa. Monet prosessoreissa, prosessoreissa ja muissa osissa olevat osat ovat 128-bittisiä tai suurempia, kuten grafiikkasuorittimien muistiväylät ja suorittimen SIMD-levyt, jotka mahdollistavat AVX-käskyt. Puhumme nimenomaan 128-bittisten kokonaislukujen käsittelystä, ja vaikka tutkimuslaboratorioissa on luotu 128-bittisiä prosessoriprototyyppejä, mikään yritys ei ole varsinaisesti julkaissut 128-bittistä prosessoria. Vastaus saattaa olla antiklimaktinen: 128-bittinen suoritin ei yksinkertaisesti ole kovin hyödyllinen.

64-bittinen suoritin pystyy käsittelemään yli 18 kvintiljoonaa yksilöllistä numeroa, välillä 0 - 18 446 744 073 709 551 615. Sitä vastoin 128-bittinen prosessori pystyisi käsittelemään yli 340 epäselvää numeroa, ja takaan sinulle, että et ole koskaan edes nähnyt "undecillion" koko elämäsi aikana. Käyttötarkoituksen löytäminen lukujen laskemiseen niin monella nollalla on melko haastavaa, vaikka käytät jotain bitit, jotka merkitsevät kokonaislukua, jonka vaihteluväli olisi negatiivisesta 170 epäluottamuksesta positiiviseen 170 epäluulo.

Ainoat merkittävät käyttötapaukset 128-bittisille kokonaisluvuille ovat IPv6-osoitteet, yleisesti yksilölliset tunnisteet (tai UUID), joita käytetään luomaan yksilöllisiä tunnuksia käyttäjille (Minecraft on korkean profiilin käyttötapaus UUID: lle) ja tiedostojärjestelmille, kuten ZFS. Asia on siinä, että 128-bittiset suorittimet eivät ole välttämättömiä näiden tehtävien hoitamiseen, sillä ne ovat pystyneet toimimaan hyvin 64-bittisessä laitteistossa. Viime kädessä tärkein syy siihen, miksi meillä ei ole 128-bittisiä suorittimia, on se, että 128-bittiselle laitteisto-ohjelmistoekosysteemille ei ole kysyntää. Teollisuus voisi varmasti pärjätä, jos se haluaisi, mutta se ei yksinkertaisesti onnistu.

Ovi on hieman auki 128-bitille

Vaikka 128-bittiset prosessorit eivät ole nykypäivän juttu, ja näyttää siltä, ​​että mikään yritys ei julkaise niitä lähiaikoina, en menisi niin pitkälle, että sanoisin, että 128-bittisiä suorittimia ei koskaan synny. Tekniset tiedot RISC-V ISA jättää mahdollisuuden tulevaan 128-bittiseen arkkitehtuuri pöydällä, mutta ei täsmennä, mitä se todellisuudessa olisi, oletettavasti siksi, että sen suunnittelulle ei vain ollut kiireellistä tarvetta.

Kolmesataaneljäkymmentä undecillion, suurin luku, joka voidaan luoda 128 bitillä, ei myöskään ole läheskään yhtä paljon koska maailmankaikkeudessa on atomeja, jota pidetään suurimmana lukumääränä, jolla on reaalimaailmaa merkitys. Jos koskaan halusit simuloida suuren osan universumista atomitasolle, niin ehkä 128-bittinen suoritin olisi todella hyödyllinen siihen. Tämän lisäksi on vaikea sanoa, mihin 128-bittistä CPU: ta käytettäisiin, mutta monta vuotta sitten mietimme myös, mihin teratavun RAM-muistia voisi haluta.