Miért nincsenek 128 bites CPU-ink?

A számítógépes szókincs szavai közül a bit minden bizonnyal az egyik legismertebb. A videojáték-konzolok egész generációit és pixeles művészeti stílusait bitek határozzák meg (például 8 bites és 16 bites), és sok alkalmazás kínál 32 bites és 64 bites verziókat is.

Ha megnézzük ezt az előzményt, láthatjuk, hogy a bitek kezelésére való képességünk az évek során növekedett. Míg azonban a 64 bites chipeket először a 90-es években vezették be, és a 2000-es években váltak általánossá, mi még mindig nincs 128 bites CPU. Bár a 128 természetes lépésnek tűnhet 64 után, ez bármi de.

Mégis mi a kicsit?

Mielőtt arról beszélnénk, hogy miért nem léteznek 128 bites CPU-k, beszélnünk kell arról, hogy mi is az a bit. Lényegében a CPU képességeire utal. A bináris és számjegy szavakból alkotják, ez a számítástechnika legkisebb egysége, és minden programozás kiindulópontja. Egy bitet csak 1-ként vagy 0-ként (tehát binárisan) lehet definiálni, bár ezek a számok értelmezhetők igazként vagy hamisként, be- vagy kikapcsolva, sőt plusz- vagy mínuszjelként is.

Önmagában egyetlen bit nem túl hasznos, de több bit használata más történet, mivel egyesek és nullák kombinációja definiálható valamiként, például számként, betűként vagy más karakterként. A 128 bites számításoknál csak az egész számok érdekelnek (olyan számok, amelyeknek nincs tizedesvesszője), és minél több bit van, annál több számot tud meghatározni a processzor. Egy elég egyszerű 2^x képletet használ, ahol x a bitek száma. A 4 bites számítástechnikában a legnagyobb számolható egész szám a 15, ami eggyel alacsonyabb a képlet által megadott 16-nál, de a programozók 0-tól kezdenek számolni, nem 1-től.

Ha a 4 bites csak 16 különböző egész számot tud tárolni, akkor nem biztos, hogy úgy tűnik, hogy 8, 32 vagy akár 128 bitesre váltani nem lenne olyan nagy üzlet. De itt exponenciális számokkal van dolgunk, ami azt jelenti, hogy a dolgok lassan indulnak, de aztán nagyon gyorsan elindulnak. Ennek bemutatására álljon itt egy kis táblázat, amely bemutatja a binárisan kiszámítható legnagyobb egész számokat 1 és 128 bit között.

Így most már valószínűleg láthatja, hogy a bitek mennyiségének megduplázása miért képes kezelni azokat a számokat, amelyek nem csak kétszeresek, hanem nagyságrendekkel nagyobbak. Mégis, bár a 128 bites számítástechnika lehetővé tenné, hogy sokkal nagyobb számokkal dolgozzunk, mint a 64 bites számítástechnika, mégsem használjuk.

Hogyan váltunk 1 bitesről 64 bitesre

Teljesen világos, hogy a CPU-k miért váltak 1 bitesről több bitesre: Azt akartuk, hogy számítógépeink több dolgot csináljanak. Egy-két vagy négy bittel nem sok mindent meg lehet tenni, de a 8 bitesnél már megvalósíthatóvá váltak az arcade gépek, játékkonzolok és otthoni számítógépek. Idővel a processzorok olcsóbbá váltak, és fizikailag kisebbek lettek, így a CPU által kezelhető bitek számának növeléséhez szükséges hardver hozzáadása meglehetősen természetes lépés volt.

A bitek exponenciális természete nagyon gyorsan nyilvánvalóvá válik, ha összehasonlítjuk a 16 bites konzolokat, például a SNES-t és a Sega Genesis-t 8 bites elődeikkel, elsősorban a NES-sel. Super Mario Bros 3 a NES egyik legösszetettebb játéka volt mechanikai és grafikai szempontból, és teljesen eltörpült Super Mario World, amely csak két évvel később jelent meg (bár itt is kulcsfontosságú volt a GPU technológia fejlesztése).

Még mindig nincsenek 128 bites CPU-ink, pedig közel három évtized telt el azóta, hogy az első 64 bites chipek piacra kerültek.

Ez azonban nem csak a videojátékokról szól; nagyjából minden jobb lett több bittel. A 8 bites 256 számról a 16 bites 65 356 számra való áttérés az idő pontosabb követését, több szín megjelenítését a kijelzőkön és nagyobb fájlok megcímzését jelentette. Akár az IBM személyi számítógépét használja, amely az Intel 8 bites 8088-as CPU-jával működik, akár szervert épít egy olyan vállalat számára, amely készen áll az internetre, a több bit jobb.

Az iparág meglehetősen gyorsan átállt a 16 bitesről a 32 bitesre, végül pedig a 64 bites számítástechnikára, amely a 90-es évek végén és a 2000-es évek elején vált általánossá. A legfontosabb korai 64 bites CPU-k közül néhányat a Nintendo 64-ben és az AMD Athlon 64 és Opteron által hajtott számítógépekben találtak. CPU-k. Szoftveroldalon a 64 bites operációs rendszerek már korán megkapták az általános támogatást az olyan operációs rendszerektől, mint a Linux és a Windows 2000-es évek. A 64 bites számítástechnikával kapcsolatos kísérletek azonban nem minden esetben jártak sikerrel; Az Intel Itanium szerver CPU-i nagy horderejű meghibásodást okoztak, és azok is a cég valaha volt legrosszabb processzorai közé tartozik.

Manapság a 64 bites CPU-k mindenhol megtalálhatók, az okostelefonoktól a PC-ken át a szerverekig. Még mindig készülnek kevesebb bittel rendelkező chipek, és kívánatosak lehetnek bizonyos alkalmazásokhoz, amelyek nem kezelik a nagyobb számokat, de ezek meglehetősen hiányosak. Ennek ellenére még mindig nincsenek 128 bites CPU-ink, pedig közel három évtized telt el azóta, hogy az első 64 bites chipek piacra kerültek.

A 128 bites számítástechnika megoldandó problémát keres

Azt gondolhatnánk, hogy a 128 bites nem életképes, mert nehéz vagy akár lehetetlen megvalósítani, de valójában nem ez a helyzet. A processzorok, CPU-k és egyéb részek nagy része 128 bites vagy nagyobb, például a GPU-kon lévő memóriabuszok és a CPU-k SIMD-jei, amelyek lehetővé teszik az AVX-utasításokat. Konkrétan arról beszélünk, hogy képesek vagyunk kezelni a 128 bites egész számokat, és bár kutatólaboratóriumokban készítettek 128 bites CPU prototípusokat, valójában egyetlen cég sem dobott piacra 128 bites CPU-t. A válasz antiklimatikus lehet: a 128 bites CPU nem túl hasznos.

Egy 64 bites CPU több mint 18 kvintimillió egyedi számot képes kezelni, 0 és 18 446 744 073 709 551 615 között. Ezzel szemben egy 128 bites CPU több mint 340 undenciális számot tudna kezelni, és garantálom, hogy még soha életében nem látott "undeciliont". A számok ilyen sok nullával történő kiszámítása meglehetősen nehéz feladat, még akkor is, ha valamelyiket használja az egész számot aláíró bitek, amelyek tartománya negatív 170 és pozitív 170 között lenne bizonytalanság.

A 128 bites egész számok egyetlen jelentős felhasználási esetei az IPv6-címek, az univerzálisan egyedi azonosítók (vagy UUID), amelyek egyedi azonosítók létrehozására szolgálnak a felhasználók számára (Minecraft egy nagy horderejű használati eset az UUID-hez) és az olyan fájlrendszerekhez, mint a ZFS. A helyzet az, hogy 128 bites CPU-k nem szükségesek ezeknek a feladatoknak a kezeléséhez, amelyek 64 bites hardveren is tökéletesen működtek. Végső soron a fő oka annak, hogy miért nem rendelkezünk 128 bites CPU-kkal, az az, hogy nincs kereslet a 128 bites hardver-szoftver ökoszisztémára. Az ipar biztosan meg tudná csinálni, ha akarná, de egyszerűen nem.

A 128 bites ajtó kissé nyitva van

Bár a 128 bites CPU-k ma már nem számítanak, és úgy tűnik, a közeljövőben egyetlen cég sem fog ilyet kiadni, nem mennék el odáig, hogy azt mondanám, hogy a 128 bites CPU-k soha nem fognak megjelenni. A specifikáció a RISC-V ISA meghagyja a jövőbeli 128 bites lehetőséget építészet az asztalon, de nem részletezi, hogy valójában mi is lenne, feltehetően azért, mert egyszerűen nem volt sürgető szükség a tervezésre.

A háromszáznegyven undecillion, a 128 bittel létrehozható legnagyobb szám, szintén közel sem annyi mivel vannak atomok az univerzumban, ami a legnagyobb számnak számít, amelyikben létezik valós világ jelentőség. Ha valaha is az univerzum egy jó részét akarta szimulálni egészen atomi szintig, akkor talán egy 128 bites CPU igazán hasznos lenne ehhez. Ezen túlmenően nehéz megmondani, mire való egy 128 bites CPU, de sok évvel ezelőtt mi is elgondolkodtunk azon, mire is lehet terabájtnyi RAM.