מדוע אין לנו מעבדי 128 סיביות

מבין מילות אוצר המילים במחשב, bit היא ללא ספק אחת הידועות ביותר. דורות שלמים של קונסולות משחקי וידאו וסגנונות האמנות המפוקסלים שלהן מוגדרים על ידי סיביות (כגון 8-bit ו-16-bit) והמון יישומים מציעים גרסאות 32-bit ו-64-bit כאחד.

אם אתה מסתכל על ההיסטוריה הזו, אתה יכול לראות שהיכולת שלנו לטפל בביטים גדלה עם השנים. עם זאת, בעוד שבבי 64 סיביות הוצגו לראשונה בשנות ה-90 והפכו למיינסטרים בשנות ה-2000, אנו עדיין אין להם מעבדי 128 סיביות. למרות ש-128 אולי נראה כמו צעד טבעי אחרי 64, זה הכל אבל.

מה זה בכלל קצת?

לפני שנדבר על הסיבה לכך שמעבדי 128 סיביות לא קיימים, עלינו לדבר על מה זה אפילו. בעיקרו של דבר, זה מתייחס ליכולות של המעבד. נוצר מהמילים בינארית וספרה, זוהי היחידה הקטנה ביותר במחשוב ונקודת ההתחלה של כל התכנות. ניתן להגדיר ביט רק כ-1 או 0 (ולכן בינארי), אם כי ניתן לפרש את המספרים הללו כאמיתיים או לא נכון, מופעל או כבוי, ואפילו כסימן פלוס או סימן מינוס.

כשלעצמו, סיביות בודדות אינן שימושיות במיוחד, אבל השימוש ביותר ביטים הוא סיפור אחר מכיוון שניתן להגדיר שילוב של אחדות ואפסים כמשהו, כמו מספר, אות או תו אחר. עבור מחשוב 128 סיביות, אנחנו מעוניינים רק במספרים שלמים (מספרים שאין להם נקודה עשרונית), וככל שיש יותר סיביות, כך המעבד יכול להגדיר יותר מספרים. הוא משתמש בנוסחה די פשוטה של ​​2^x, כאשר x הוא כמה ביטים יש. במחשוב של 4 סיביות, המספר השלם הגדול ביותר שאתה יכול לספור אליו הוא 15, שהוא אחד נמוך יותר מ-16 שהנוסחה נותנת לך, אבל מתכנתים מתחילים לספור מ-0 ולא מ-1.

אם 4 סיביות יכול לאחסן רק 16 מספרים שלמים שונים, אז אולי לא נראה שמעבר ל-8 או 32 או אפילו 128 סיביות יהיה עניין כל כך גדול. אבל אנחנו עוסקים כאן במספרים אקספוננציאליים, מה שאומר שדברים מתחילים לאט אבל אז ממריאים מהר מאוד. כדי להדגים זאת, הנה טבלה קטנה המציגה את המספרים השלמים הגדולים ביותר שתוכלו לחשב בבינארי מ-1 עד 128 סיביות.

אז עכשיו אתה כנראה יכול לראות מדוע הכפלת כמות הביטים מביאה ליכולת להתמודד עם מספרים שלא רק מכפילים את גודלם אלא הם גדולים יותר בסדרי גודל. עם זאת, למרות שמחשוב 128 סיביות יאפשר לנו לעבוד על מספרים הרבה יותר גדולים ממה שמחשוב 64 סיביות יכול, אנחנו עדיין לא משתמשים בו.

איך עברנו מ-1-bit ל-64-bit

די ברור מדוע המעבדים עברו מ-1-bit ליותר ביטים: רצינו שהמחשבים שלנו יעשו יותר דברים. אין הרבה שאתה יכול לעשות עם ביט אחד או שניים או ארבעה, אבל בסימן 8 סיביות, מכונות ארקייד, קונסולות משחקים ומחשבים ביתיים הפכו לאפשריים. עם הזמן, המעבדים נעשו זולים יותר לייצור וקטנו פיזית, כך שהוספת החומרה הדרושה כדי להגדיל את מספר הביטים שה-CPU יוכל להתמודד היה מהלך די טבעי.

האופי האקספוננציאלי של ביטים מתגלה מהר מאוד כאשר משווים בין קונסולות 16 סיביות כמו SNES ו- Sega Genesis לקודמותיהן 8 סיביות, בעיקר ה-NES. סופר מריו Bros 3 היה אחד המשחקים המורכבים ביותר של ה-NES מבחינת מכניקה וגרפיקה, והוא התגמד לחלוטין מול עולם סופר מריו, ששוחרר רק שנתיים לאחר מכן (למרות שגם שיפורים בטכנולוגיית ה-GPU היו גורם מפתח כאן).

עדיין אין לנו מעבדי 128 סיביות, למרות שעברו כמעט שלושה עשורים מאז שהשבבים הראשונים של 64 סיביות יצאו לשוק.

זה לא קשור רק למשחקי וידאו; כמעט הכל השתפר עם יותר ביטים. מעבר מ-256 מספרים ב-8 סיביות ל-65,356 מספרים ב-16 סיביות פירושו מעקב אחר זמן בצורה מדויקת יותר, הצגת יותר צבעים על צגים וטיפול בקבצים גדולים יותר. בין אם אתה משתמש במחשב האישי של יבמ, המופעל על ידי מעבד 8088 8 סיביות של אינטל, או בונה שרת עבור חברה שמוכנה להיכנס לאינטרנט, יותר ביטים הם פשוט טובים יותר.

התעשייה עברה די מהר מ-16-bit ל-32-bit ולבסוף, מחשוב 64-bit, שהפך למיינסטרים בסוף שנות ה-90 ותחילת שנות ה-2000. חלק ממעבדי ה-64 סיביות המוקדמים והחשובים ביותר נמצאו ב-Nintendo 64 ובמחשבים המופעלים על ידי Athlon 64 ו-Opteron של AMD מעבדים. בצד התוכנה, 64 סיביות התחילו לקבל תמיכה מיינסטרים ממערכות הפעלה כמו לינוקס וחלונות בתחילת הדרך שנות ה-2000. עם זאת, לא כל הניסיונות למחשוב 64 סיביות הצליחו; מעבדי שרת ה-Itanium של אינטל היו כשל בעל פרופיל גבוה והם אכן כאלה כמה מהמעבדים הגרועים ביותר של החברה אי פעם.

כיום, מעבדי 64 סיביות נמצאים בכל מקום, מסמארטפונים למחשבים אישיים ועד לשרתים. צ'יפים עם פחות ביטים עדיין מיוצרים ויכולים להיות רצויים עבור יישומים ספציפיים שאינם מטפלים במספרים גדולים יותר, אבל הם די נישתיים. עם זאת, עדיין אין לנו מעבדי 128 סיביות, למרות שעברו כמעט שלושה עשורים מאז שהשבבים הראשונים של 64 סיביות יצאו לשוק.

מחשוב 128 סיביות מחפש בעיה לפתור

אתה עשוי לחשוב ש-128 סיביות אינו בר קיימא כי זה קשה או אפילו בלתי אפשרי לעשות זאת, אבל זה למעשה לא המקרה. הרבה חלקים במעבדים, מעבדים ואחרים, הם 128 סיביות או יותר, כמו אפיקי זיכרון במעבדי GPU ו-SIMD במעבדים המאפשרים הוראות AVX. אנחנו מדברים ספציפית על היכולת להתמודד עם מספרים שלמים של 128 סיביות, ולמרות שאבי טיפוס של מעבד 128 סיביות נוצרו במעבדות מחקר, אף חברה לא השיקה למעשה מעבד 128 סיביות. התשובה עשויה להיות אנטי-קלימקטית: מעבד 128 סיביות פשוט אינו שימושי במיוחד.

מעבד 64 סיביות יכול להתמודד עם למעלה מ-18 קווינטיליון מספרים ייחודיים, מ-0 עד 18,446,744,073,709,551,615. לעומת זאת, מעבד של 128 סיביות יוכל להתמודד עם למעלה מ-340 מספרי undecilion, ואני מבטיח לך שאפילו לא ראית "undecilion" בכל חייך. למצוא שימוש לחישוב מספרים עם כל כך הרבה אפסים הוא די מאתגר, גם אם אתה משתמש באחד הביטים לסימן המספר השלם, שהטווח שלו מ-170 undecilion שלילי ל-170 חיובי חוסר היגיון.

מקרי השימוש המשמעותיים היחידים עבור מספרים שלמים של 128 סיביות הם כתובות IPv6, מזהים ייחודיים אוניברסליים (או UUID) המשמשים ליצירת מזהים ייחודיים עבור משתמשים (מיינקראפט הוא מקרה שימוש בעל פרופיל גבוה עבור UUID), ומערכות קבצים כמו ZFS. העניין הוא שמעבדי 128 סיביות אינם נחוצים כדי להתמודד עם המשימות הללו, שהצליחו להתקיים בסדר גמור על חומרה של 64 סיביות. בסופו של דבר, הסיבה העיקרית לכך שאין לנו מעבדי 128 סיביות היא שאין ביקוש לאקוסיסטם של חומרה-תוכנה של 128 סיביות. התעשייה בהחלט יכולה להצליח אם היא תרצה בכך, אבל היא פשוט לא.

הדלת פתוחה מעט עבור 128 סיביות

למרות שמעבדי 128 סיביות אינם דבר היום, ונראה שאף חברה לא תשחרר אחד כזה בזמן הקרוב, לא הייתי מרחיק לכת ואומר שמעבדי 128 סיביות לעולם לא יקרו. המפרט עבור RISC-V ISA משאיר את האפשרות של 128 סיביות עתידיות ארכיטקטורה על השולחן אבל לא מפרט מה זה באמת יהיה, כנראה בגלל שפשוט לא היה צורך דחוף לעצב אותו.

שלוש מאות וארבעים אנדסיליון, המספר הגדול ביותר שאפשר ליצור עם 128 סיביות, הוא גם לא כל כך הרבה כמו שיש אטומים ביקום, שנחשב למספר הגדול ביותר שיש לו כל עולם אמיתי מַשְׁמָעוּת. אם אי פעם רצית לדמות חלק ניכר מהיקום עד לרמה האטומית, אז אולי מעבד 128 סיביות יהיה ממש שימושי בשביל זה. מעבר לכך, קשה לומר למה ישמש מעבד 128 סיביות, אבל לפני שנים רבות תהינו גם בשביל מה אפשר לרצות טרה-בייט של זיכרון RAM.