Kāpēc mums nav 128 bitu centrālo procesoru

Starp datoru vārdnīcas vārdiem bits noteikti ir viens no vispazīstamākajiem. Veselas videospēļu konsoļu paaudzes un to pikseļu mākslas stilus nosaka biti (piemēram, 8 bitu un 16 bitu), un daudzas lietojumprogrammas piedāvā gan 32 bitu, gan 64 bitu versijas.

Ja paskatās uz šo vēsturi, jūs varat redzēt, ka mūsu spēja apstrādāt bitus gadu gaitā ir palielinājusies. Tomēr, lai gan 64 bitu mikroshēmas pirmo reizi tika ieviestas 90. gados un kļuva plaši izplatītas 2000. gados, mēs joprojām nav 128 bitu CPU. Lai gan 128 varētu šķist dabisks solis pēc 64, tas ir jebkas bet.

Kas pat ir mazliet?

Pirms runāt par to, kāpēc 128 bitu centrālie procesori neeksistē, mums jārunā par to, kas ir bits pat. Būtībā tas attiecas uz CPU iespējām. Tas ir izveidots no vārdiem binārs un cipars, un tā ir mazākā skaitļošanas vienība un visas programmēšanas sākumpunkts. Bitu var definēt tikai kā 1 vai 0 (tātad bināri), lai gan šos skaitļus var interpretēt kā patiesus vai nepatiesus, ieslēgtus vai izslēgtus un pat kā plusa vai mīnusa zīmi.

Viens bits pats par sevi nav īpaši noderīgs, taču vairāku bitu izmantošana ir cits stāsts, jo vieninieku un nulles kombināciju var definēt kā kaut ko, piemēram, ciparu, burtu vai citu rakstzīmi. 128 bitu skaitļošanai mūs interesē tikai veseli skaitļi (skaitļi, kuriem nav komata), un jo vairāk bitu ir, jo vairāk skaitļu procesors var definēt. Tas izmanto diezgan vienkāršu 2^x formulu, kur x ir bitu skaits. 4 bitu skaitļošanā lielākais veselais skaitlis, ko varat saskaitīt, ir 15, kas ir par vienu mazāks nekā formulas sniegtais skaitlis 16, taču programmētāji sāk skaitīt no 0, nevis no 1.

Ja 4 bitu sistēmā var saglabāt tikai 16 dažādus veselus skaitļus, tad varētu šķist, ka pāreja uz 8 vai 32 vai pat 128 bitiem nebūtu tik liela problēma. Bet šeit ir darīšana ar eksponenciāliem skaitļiem, kas nozīmē, ka lietas sākas lēni, bet pēc tam notiek ļoti ātri. Lai to parādītu, šeit ir neliela tabula, kurā parādīti lielākie veselie skaitļi, kurus varat aprēķināt bināri no 1 līdz 128 bitiem.

Tātad tagad jūs droši vien varat saprast, kāpēc, dubultojot bitu skaitu, jūs varat apstrādāt skaitļus, kuru izmērs ne tikai dubultojas, bet arī ir par lielumu vairāk. Tomēr, lai gan 128 bitu skaitļošana ļautu mums strādāt ar daudz lielākiem skaitļiem nekā 64 bitu skaitļošana, mēs to joprojām neizmantojam.

Kā mēs pārgājām no 1 bita uz 64 bitu

Ir diezgan skaidrs, kāpēc CPU kļuva no 1 bita uz vairāk bitu: mēs vēlējāmies, lai mūsu datori veiktu vairāk darbību. Ar vienu vai diviem vai četriem bitiem jūs nevarat izdarīt ne vienu vien tonnu, taču, sasniedzot 8 bitu atzīmi, arkādes automāti, spēļu konsoles un mājas datori kļuva iespējami. Laika gaitā procesori kļuva lētāki un fiziski mazāki, tāpēc aparatūras pievienošana, kas nepieciešama, lai palielinātu CPU apstrādāto bitu skaitu, bija diezgan dabiska darbība.

Bitu eksponenciālais raksturs kļūst acīmredzams ļoti ātri, salīdzinot 16 bitu konsoles, piemēram, SNES un Sega Genesis ar to 8 bitu priekšgājējiem, galvenokārt NES. Super Mario Bros 3 bija viena no NES vissarežģītākajām spēlēm mehānikas un grafikas ziņā, un to pilnībā atpalika Super Mario pasaule, kas tika izlaists tikai divus gadus vēlāk (lai gan šeit galvenais faktors bija arī GPU tehnoloģijas uzlabojumi).

Mums joprojām nav 128 bitu centrālo procesoru, lai gan ir pagājuši gandrīz trīs gadu desmiti, kopš tirgū parādījās pirmās 64 bitu mikroshēmas.

Tomēr tas attiecas ne tikai uz videospēlēm; gandrīz viss kļuva labāk ar vairāk bitiem. Pārejot no 256 skaitļiem 8 bitos uz 65 356 skaitļiem 16 bitos, laiks tika izsekots precīzāk, displejos tika rādītas vairāk krāsu un jāadresē lielāki faili. Neatkarīgi no tā, vai izmantojat IBM personālo datoru, kuru darbina Intel 8 bitu 8088 CPU, vai veidojat serveri uzņēmumam, kas ir gatavs pievienoties tiešsaistē, vairāk bitu ir tikai labāks.

Nozare diezgan ātri pārcēlās no 16 bitu uz 32 bitu un, visbeidzot, 64 bitu skaitļošanu, kas kļuva par galveno 90. gadu beigās un 2000. gadu sākumā. Daži no svarīgākajiem agrīnajiem 64 bitu CPU tika atrasti Nintendo 64 un datoros, kurus darbina AMD Athlon 64 un Opteron CPU. Programmatūras pusē 64 biti jau sākumā sāka saņemt galveno atbalstu no tādām operētājsistēmām kā Linux un Windows 2000. gadi. Tomēr ne visi 64 bitu skaitļošanas mēģinājumi bija veiksmīgi; Intel Itanium servera CPU bija augsta profila kļūme un ir daži no uzņēmuma visu laiku sliktākajiem procesoriem.

Mūsdienās 64 bitu CPU ir visur, sākot no viedtālruņiem līdz personālajiem datoriem un beidzot ar serveriem. Joprojām tiek ražotas mikroshēmas ar mazāku bitu skaitu, un tās var būt vēlamas īpašām lietojumprogrammām, kas neapstrādā lielākus skaitļus, taču tās ir diezgan nišas. Tomēr mums joprojām nav 128 bitu centrālo procesoru, lai gan ir pagājušas gandrīz trīs desmitgades, kopš tirgū parādījās pirmās 64 bitu mikroshēmas.

128 bitu skaitļošana meklē atrisināmu problēmu

Varētu domāt, ka 128 biti nav dzīvotspējīgi, jo to ir grūti vai pat neiespējami izdarīt, taču patiesībā tas tā nav. Daudzas daļas procesoros, centrālajos procesoros un citos procesoros ir 128 bitu vai lielākas, piemēram, GPU atmiņas kopnes un centrālo procesoru SIMD, kas nodrošina AVX instrukcijas. Mēs īpaši runājam par spēju apstrādāt 128 bitu veselus skaitļus, un, lai gan pētniecības laboratorijās ir izveidoti 128 bitu CPU prototipi, neviens uzņēmums faktiski nav izlaidis 128 bitu centrālo procesoru. Atbilde varētu būt pretklimatiska: 128 bitu centrālais procesors vienkārši nav ļoti noderīgs.

64 bitu centrālais procesors var apstrādāt vairāk nekā 18 kvintiljonus unikālu skaitļu no 0 līdz 18 446 744 073 709 551 615. Turpretim 128 bitu centrālais procesors spētu apstrādāt vairāk nekā 340 nepārspējamus skaitļus, un es jums garantēju, ka jūs savā mūžā pat neesat redzējis "neatkarību". Ir diezgan grūti atrast pielietojumu skaitļu aprēķināšanai ar tik daudzām nullēm, pat ja izmantojat kādu no biti, lai parakstītu veselu skaitli, kura diapazons būtu no negatīva 170 bezcerība līdz pozitīvam 170 neizlēmība.

Vienīgie nozīmīgie 128 bitu veselu skaitļu lietošanas gadījumi ir IPv6 adreses, universāli unikāli identifikatori (vai UUID), ko izmanto, lai izveidotu unikālus ID lietotājiem (Minecraft ir augsta profila lietošanas gadījums UUID) un failu sistēmām, piemēram, ZFS. Lieta ir tāda, ka 128 bitu centrālie procesori nav nepieciešami, lai veiktu šos uzdevumus, kas ir spējuši lieliski pastāvēt 64 bitu aparatūrā. Galu galā galvenais iemesls, kāpēc mums nav 128 bitu centrālo procesoru, ir tas, ka nav pieprasījuma pēc 128 bitu aparatūras un programmatūras ekosistēmas. Nozare noteikti varētu to paveikt, ja tā vēlētos, bet tā vienkārši neizdodas.

Durvis ir nedaudz atvērtas 128 bitiem

Lai gan 128 bitu centrālie procesori mūsdienās nav aktuāli, un šķiet, ka neviens uzņēmums tuvākajā laikā tādus neizlaidīs, es neaizietu tik tālu, lai teiktu, ka 128 bitu CPU nekad nebūs. Specifikācija par RISC-V ISA atstāj iespēju nākotnē izveidot 128 bitu versiju arhitektūra uz galda, bet neapraksta, kas tas patiesībā būtu, iespējams, tāpēc, ka vienkārši nebija steidzamas nepieciešamības to izstrādāt.

Trīs simti četrdesmit undecilion, lielākais skaits, ko iespējams izveidot ar 128 bitiem, arī nav ne tuvu tik daudz jo Visumā ir atomi, kas tiek uzskatīts par lielāko skaitu reālajā pasaulē nozīme. Ja jūs kādreiz vēlējāties simulēt labu Visuma daļu līdz atomu līmenim, iespējams, 128 bitu centrālais procesors būtu patiešām noderīgs. Turklāt ir grūti pateikt, kam tiks izmantots 128 bitu centrālais procesors, taču pirms daudziem gadiem mēs arī domājām, kam jūs varētu vēlēties terabaitu RAM.