128 ビット CPU がない理由

コンピューターの語彙の中で、ビットは確かに最もよく知られている単語の 1 つです。 全世代のビデオ ゲーム コンソールとそのピクセル化されたアート スタイルはビット (8 ビットや 16 ビットなど) によって定義されており、多くのアプリケーションは 32 ビット バージョンと 64 ビット バージョンの両方を提供しています。

その歴史を見ると、ビットを扱う能力が年々向上していることがわかります。 ただし、64 ビット チップは 90 年代に初めて導入され、2000 年代に主流になりましたが、 まだ 128 ビット CPU はありません。 64 の後の 128 は自然なステップのように思えるかもしれませんが、それは何でもありです しかし。

ビットって何ですか？

128 ビット CPU が存在しない理由を説明する前に、ビットとは何かについて説明する必要があります。 基本的には、CPU の機能を指します。 バイナリとディジットという単語から形成され、コンピューティングの最小単位であり、すべてのプログラミングの出発点です。 ビットは 1 または 0 (つまり 2 進数) としてのみ定義できますが、これらの数値は true または false、オンまたはオフ、さらにはプラス記号またはマイナス記号として解釈できます。

単一ビットだけではあまり役に立ちませんが、1 と 0 の組み合わせを数字、文字、または別の文字などとして定義できるため、より多くのビットを使用すると話は別になります。 128 ビット コンピューティングの場合、私たちが注目するのは整数 (小数点のない数値) だけであり、ビット数が増えれば増えるほど、プロセッサーが定義できる数値も増えます。 これは非常に単純な 2^x 式を使用します。x はビット数を表します。 4 ビット コンピューティングでは、数えられる最大の整数は 15 で、式で得られる 16 より 1 つ小さいですが、プログラマは 1 からではなく 0 から数え始めます。

4 ビットが 16 個の異なる整数しか格納できない場合、8 ビットや 32 ビット、さらには 128 ビットに移行することはそれほど大したことではないように思えるかもしれません。 しかし、ここでは指数関数的な数字を扱っています。つまり、物事はゆっくりと始まり、その後非常に急速に発展することを意味します。 これを実証するために、1 から 128 ビットまでのバイナリで計算できる最大の整数を示す小さな表を次に示します。

これで、ビット量を 2 倍にすると、サイズが 2 倍になるだけでなく、桁違いに大きい数値を処理できるようになる理由が理解できたのではないでしょうか。 しかし、128 ビット コンピューティングでは 64 ビット コンピューティングよりもはるかに大きな数値を処理できるにもかかわらず、私たちはまだそれを使用していません。

1 ビットから 64 ビットに移行した経緯

CPU が 1 ビットからより多くのビットを持つようになった理由は非常に明白です。私たちはコンピューターにもっと多くのことを実行させたかったのです。 1 ビット、2 ビット、または 4 ビットではできることはそれほど多くありませんが、8 ビットの水準では、アーケード マシン、ゲーム機、家庭用コンピュータが実現可能になりました。 時間が経つにつれて、プロセッサの製造コストが安くなり、物理的に小さくなったため、CPU が処理できるビット数を増やすために必要なハードウェアを追加するのは、ごく自然な動きでした。

ビットの指数関数的な性質は、SNES や Sega Genesis などの 16 ビット コンソールを 8 ビットの前身ゲーム機 (主に NES) と比較するとすぐに明らかになります。 スーパーマリオブラザーズ3 は、仕組みとグラフィックの点で NES の最も複雑なゲームの 1 つでしたが、それは完全に小さく見えました。 スーパーマリオワールド、わずか 2 年後にリリースされました (ただし、ここでは GPU テクノロジの向上も重要な要素でした)。

最初の 64 ビット チップが市場に出てから 30 年近くが経ちましたが、まだ 128 ビット CPU はありません。

ただし、これはビデオ ゲームに限った話ではありません。 ビット数が増えるとほとんどすべてが改善されました。 8 ビットの 256 個の数値から 16 ビットの 65,356 個の数値に移行することは、時間をより正確に追跡し、ディスプレイでより多くの色を表示し、より大きなファイルに対応できることを意味します。 Intel の 8 ビット 8088 CPU を搭載した IBM のパーソナル コンピュータを使用している場合でも、オンライン接続の準備ができている企業向けのサーバーを構築している場合でも、ビット数が多いほど優れています。

業界は 16 ビットから 32 ビット、そして最終的には 64 ビット コンピューティングに急速に移行し、90 年代後半から 2000 年代初頭にかけて主流となりました。 最も重要な初期の 64 ビット CPU のいくつかは、Nintendo 64 と、AMD の Athlon 64 および Opteron を搭載したコンピュータに搭載されていました。 CPU。 ソフトウェア面では、64 ビットは初期の Linux や Windows などのオペレーティング システムから主流のサポートを受け始めました。 2000年代。 ただし、64 ビット コンピューティングの試みがすべて成功したわけではありません。 Intel の Itanium サーバー CPU は注目を集めた失敗作であり、 同社史上最悪のプロセッサの一部.

現在、64 ビット CPU はスマートフォンから PC、サーバーに至るまで、あらゆる場所にあります。 ビット数の少ないチップは今でも製造されており、大きな数値を処理しない特定のアプリケーションには望ましい場合がありますが、かなりニッチなものです。 しかし、最初の 64 ビット チップが市場に出てから 30 年近くが経ったにもかかわらず、まだ 128 ビット CPU はありません。

128 ビット コンピューティングは解決すべき問題を探しています

128 ビットは実行が難しい、または不可能であるため実行可能ではないと思われるかもしれませんが、実際はそうではありません。 プロセッサ、CPU、その他の部品の多くは、GPU のメモリ バスや AVX 命令を可能にする CPU の SIMD など、128 ビット以上です。 私たちは特に 128 ビット整数を処理できることについて話しています。128 ビット CPU のプロトタイプは研究室で作成されていますが、実際に 128 ビット CPU を発売した企業はありません。 答えは予想外かもしれません。128 ビット CPU はあまり役に立たないのです。

64 ビット CPU は、0 から 18,446,744,073,709,551,615 までの 18 京を超える一意の数値を処理できます。 対照的に、128 ビット CPU は 340 以上のアンデシリオン数を処理できます。そして、あなたはこれまでの人生で「アンデシリオン」さえ見たことがないと断言します。 たとえ次のいずれかを使用しているとしても、これほど多くのゼロを含む数値を計算する用途を見つけるのはかなり困難です。 整数に署名するためのビット。範囲は負の 170 アンデシリオンから正の 170 までです。 不動。

128 ビット整数の唯一の重要な使用例は、IPv6 アドレス、ユーザーの一意の ID を作成するために使用される汎用一意識別子 (または UUID) です (マインクラフト UUID) や ZFS などのファイル システムの注目度の高い使用例です。 問題は、これらのタスクを処理するのに 128 ビット CPU は必要なく、64 ビット ハードウェアでも問題なく存在できるということです。 結局のところ、128 ビット CPU がない主な理由は、128 ビットのハードウェアとソフトウェアのエコシステムに対する需要がないことです。 業界がその気になれば確かに成功する可能性はありますが、実際にはそうではありません。

128 ビットの扉はわずかに開いています

128 ビット CPU は今日では存在しませんし、近い将来にリリースする企業もないようですが、128 ビット CPU は決して実現しないとまでは言いません。 の仕様は、 RISC-V ISA 将来の 128 ビットの可能性を残す 建築 テーブルには記載されていますが、実際にどのようなものになるのかについては詳しく述べていません。これはおそらく、それを設計する差し迫った必要性がなかったためと思われます。

128 ビットで作成できる最大の数値である 340 アンデシリオンも、それほど大きくはありません。 宇宙には原子が存在し、それは現実世界に存在する原子の中で最大の数であると考えられています。 意義。 宇宙の大部分を原子レベルまでシミュレートしたい場合は、おそらく 128 ビット CPU が非常に役立つでしょう。 それ以上に、128 ビット CPU が何に使用されるのかを言うのは難しいですが、何年も前、私たちは何にテラバイトの RAM が必要なのか疑問に思っていました。