De ce nu avem procesoare pe 128 de biți

Dintre cuvintele din vocabularul computerului, bit este cu siguranță unul dintre cele mai cunoscute. Generații întregi de console de jocuri video și stilurile lor de artă pixelate sunt definite de biți (cum ar fi 8 și 16 biți) și o mulțime de aplicații oferă atât versiuni pe 32 de biți, cât și pe 64 de biți.

Dacă te uiți la acea istorie, poți vedea că capacitatea noastră de a gestiona biți a crescut de-a lungul anilor. Cu toate acestea, în timp ce cipurile pe 64 de biți au fost introduse pentru prima dată în anii 90 și au devenit mainstream în anii 2000, noi încă nu au procesoare pe 128 de biți. Deși 128 ar putea părea un pas firesc după 64, este orice dar.

Ce este chiar un pic?

Înainte de a vorbi despre motivul pentru care procesoarele pe 128 de biți nu există, trebuie să vorbim despre ce este un pic. În esență, se referă la capacitățile procesorului. Formată din cuvintele binar și cifră, este cea mai mică unitate în calcul și punctul de plecare al tuturor programărilor. Un bit poate fi definit doar ca 1 sau 0 (deci binar), deși aceste numere pot fi interpretate ca adevărate sau false, activate sau dezactivate și chiar ca semn plus sau semn minus.

În sine, un singur bit nu este foarte util, dar folosirea mai multor biți este o poveste diferită, deoarece o combinație de unități și zerouri poate fi definită ca ceva, cum ar fi un număr, o literă sau un alt caracter. Pentru calculul pe 128 de biți, ne interesează doar numerele întregi (numerele care nu au virgulă zecimală) și cu cât sunt mai mulți biți, cu atât mai multe numere poate defini un procesor. Folosește o formulă 2^x destul de simplă, cu x fiind câți biți există. În calculul pe 4 biți, cel mai mare număr întreg la care poți număra este 15, care este cu unul mai mic decât 16 pe care ți-l oferă formula, dar programatorii încep să numere de la 0 și nu de la 1.

Dacă 4 biți poate stoca doar 16 numere întregi diferite, atunci s-ar putea să nu pară că a merge la 8 sau 32 sau chiar 128 de biți ar fi o afacere atât de mare. Dar aici avem de-a face cu numere exponențiale, ceea ce înseamnă că lucrurile încep încet, dar apoi decolează foarte repede. Pentru a demonstra acest lucru, iată un mic tabel care arată cele mai mari numere întregi pe care le puteți calcula în binar de la 1 la 128 de biți.

Deci acum puteți vedea probabil de ce dublarea cantității de biți duce la capacitatea de a gestiona numere care nu doar se dublează în dimensiune, ci sunt ordine de mărime mai mari. Cu toate acestea, chiar dacă calculul pe 128 de biți ne-ar permite să lucrăm pe numere mult mai mari decât poate calcula pe 64 de biți, tot nu îl folosim.

Cum am trecut de la 1 bit la 64 de biți

Este destul de clar de ce procesoarele au trecut de la 1 bit la mai mulți biți: am vrut ca computerele noastre să facă mai multe lucruri. Nu există o tonă pe care să o poți face cu unul sau doi sau patru biți, dar la 8 biți, aparatele arcade, consolele de jocuri și computerele de acasă au devenit fezabile. De-a lungul timpului, procesoarele au devenit mai ieftine de făcut și mai mici din punct de vedere fizic, așa că adăugarea hardware-ului necesar pentru a crește numărul de biți pe care procesorul i-ar putea gestiona a fost o mișcare destul de naturală.

Natura exponențială a biților devine evidentă foarte repede când se compară consolele pe 16 biți precum SNES și Sega Genesis cu predecesorii lor pe 8 biți, în principal NES. Super Mario Bros 3 a fost unul dintre cele mai complexe jocuri NES în ceea ce privește mecanica și grafica și a fost complet micșorat de Lumea Super Mario, care a fost lansat doar doi ani mai târziu (deși îmbunătățirile în tehnologia GPU au fost, de asemenea, un factor cheie aici).

Încă nu avem procesoare pe 128 de biți, chiar dacă au trecut aproape trei decenii de când primele cipuri pe 64 de biți au apărut pe piață.

Totuși, nu este vorba doar de jocuri video; aproape totul devenise mai bine cu mai multe biți. Trecerea de la 256 de numere pe 8 biți la 65.356 de numere pe 16 biți a însemnat urmărirea mai precisă a timpului, afișarea mai multor culori pe ecrane și adresarea fișierelor mai mari. Indiferent dacă utilizați computerul personal IBM, alimentat de procesorul Intel 8088 pe 8 biți, sau construiți un server pentru o companie care este gata să intre online, mai mulți biți sunt pur și simplu mai buni.

Industria s-a mutat destul de repede de la 16 biți la 32 de biți și, în cele din urmă, de la 64 de biți, care a devenit mainstream la sfârșitul anilor 90 și începutul anilor 2000. Unele dintre cele mai importante procesoare timpurii pe 64 de biți au fost găsite în Nintendo 64 și computere alimentate de Athlon 64 și Opteron de la AMD CPU-uri. În ceea ce privește software-ul, 64 de biți au început să primească suport din partea sistemelor de operare precum Linux și Windows la început anii 2000. Totuși, nu toate încercările de calcul pe 64 de biți au avut succes; Procesoarele serverului Intel Itanium au fost o defecțiune de mare profil și sunt unele dintre cele mai proaste procesoare ale companiei vreodată.

Astăzi, procesoarele pe 64 de biți sunt peste tot, de la smartphone-uri la PC-uri și la servere. Chipurile cu mai puțini biți sunt încă fabricate și pot fi de dorit pentru aplicații specifice care nu se ocupă de numere mai mari, dar sunt destul de de nișă. Cu toate acestea, încă nu avem procesoare pe 128 de biți, chiar dacă au trecut aproape trei decenii de când primele cipuri pe 64 de biți au apărut pe piață.

Calculul pe 128 de biți caută o problemă de rezolvat

S-ar putea să credeți că 128 de biți nu este viabil pentru că este dificil sau chiar imposibil de făcut, dar de fapt nu este cazul. Multe părți din procesoare, procesoare și altele, sunt de 128 de biți sau mai mari, cum ar fi magistralele de memorie pe GPU-uri și SIMD-urile de pe procesoare care permit instrucțiunile AVX. Vorbim în special despre capacitatea de a gestiona numere întregi pe 128 de biți și, deși prototipuri de procesoare pe 128 de biți au fost create în laboratoarele de cercetare, nicio companie nu a lansat de fapt un procesor de 128 de biți. Răspunsul ar putea fi anticlimatic: un procesor pe 128 de biți nu este foarte util.

Un procesor pe 64 de biți poate gestiona peste 18 chintilioane de numere unice, de la 0 la 18.446.744.073.709.551.615. În schimb, un procesor pe 128 de biți ar putea gestiona peste 340 de numere de undecilion și vă garantez că nu ați văzut nici măcar „undecilion” în toată viața voastră. Găsirea unei utilizări pentru calcularea numerelor cu atâtea zerouri este destul de dificilă, chiar dacă utilizați unul dintre biții pentru a semna întregul, care ar avea intervalul de la negativ 170 undecilion la pozitiv 170 undecilion.

Singurele cazuri de utilizare semnificative pentru numerele întregi pe 128 de biți sunt adresele IPv6, identificatori unici universal (sau UUID) care sunt utilizați pentru a crea ID-uri unice pentru utilizatori (Minecraft este un caz de utilizare de mare profil pentru UUID) și sisteme de fișiere precum ZFS. Chestia este că procesoarele pe 128 de biți nu sunt necesare pentru a gestiona aceste sarcini, care au putut să existe foarte bine pe hardware-ul pe 64 de biți. În cele din urmă, motivul cheie pentru care nu avem procesoare pe 128 de biți este că nu există nicio cerere pentru un ecosistem hardware-software pe 128 de biți. Industria ar putea face cu siguranță dacă ar vrea, dar pur și simplu nu o face.

Ușa este ușor deschisă pentru 128 de biți

Deși procesoarele pe 128 de biți nu sunt un lucru astăzi și se pare că nicio companie nu va lansa unul în curând, nu aș merge atât de departe încât să spun că procesoarele pe 128 de biți nu se vor întâmpla niciodată. Specificația pentru RISC-V ISA lasă posibilitatea unui viitor pe 128 de biți arhitectură pe masă, dar nu detaliază ce ar fi de fapt, probabil pentru că pur și simplu nu era o nevoie presantă de a-l proiecta.

Trei sute patruzeci de undecilioane, cel mai mare număr posibil de creat cu 128 de biți, nu este nici pe departe la fel de mult deoarece există atomi în univers, care este considerat a fi cel mai mare număr care are vreo lume reală semnificaţie. Dacă ați dorit vreodată să simulați o bucată bună din univers până la nivel atomic, atunci poate un procesor de 128 de biți ar fi cu adevărat util pentru asta. Dincolo de asta, este greu de spus pentru ce ar fi folosit un procesor de 128 de biți, dar acum mulți ani ne-am întrebat și pentru ce ai putea dori un terabyte de RAM.