Zakaj nimamo 128-bitnih procesorjev

Med besedami računalniškega besedišča je bit gotovo ena najbolj znanih. Cele generacije konzol za videoigre in njihovi slikovni slogi s slikovnimi pikami so definirani z biti (kot sta 8-bitni in 16-bitni) in veliko aplikacij ponuja tako 32-bitne kot 64-bitne različice.

Če pogledate to zgodovino, lahko vidite, da se je naša sposobnost ravnanja z bitovi z leti povečala. Medtem ko so bili 64-bitni čipi prvič uvedeni v 90-ih in so postali običajni v 2000-ih, smo še vedno nimajo 128-bitnih procesorjev. Čeprav se zdi, da je 128 naravni korak po 64, je karkoli ampak.

Kaj sploh je malo?

Preden govorimo o tem, zakaj 128-bitni procesorji ne obstajajo, se moramo pogovoriti o tem, kaj je bit even. V bistvu se nanaša na zmogljivosti procesorja. Nastala iz besed binary in digit, je najmanjša enota v računalništvu in izhodišče vsega programiranja. Bit je mogoče definirati le kot 1 ali 0 (torej binarno), čeprav je ta števila mogoče interpretirati kot resnično ali napačno, vklopljeno ali izključeno in celo kot znak plus ali znak minus.

En sam bit ni zelo uporaben, vendar je uporaba več bitov druga zgodba, ker je kombinacija enic in ničel lahko definirana kot nekaj, kot je številka, črka ali drug znak. Za 128-bitno računalništvo nas zanimajo samo cela števila (števila, ki nimajo decimalne vejice) in več ko je bitov, več števil lahko definira procesor. Uporablja precej preprosto formulo 2^x, kjer je x število bitov. V 4-bitnem računalništvu je največje celo število, do katerega lahko štejete, 15, kar je za eno nižje od 16, ki vam ga daje formula, vendar programerji začnejo šteti od 0 in ne od 1.

Če lahko 4-bitno shrani samo 16 različnih celih števil, potem se morda ne zdi, da bi bil prehod na 8- ali 32- ali celo 128-bitno tako velik posel. Toda tukaj imamo opravka z eksponentnimi številkami, kar pomeni, da se stvari začnejo počasi, nato pa se zelo hitro razvijejo. Za prikaz tega je tukaj majhna tabela, ki prikazuje največja cela števila, ki jih lahko izračunate v dvojiški obliki od 1 do 128 bitov.

Zdaj verjetno razumete, zakaj podvojitev količine bitov povzroči obdelavo števil, ki se ne samo podvojijo, ampak so za velikostne rede večja. Kljub temu, da bi nam 128-bitno računalništvo omogočilo delo z veliko večjimi številkami kot 64-bitno računalništvo, ga še vedno ne uporabljamo.

Kako smo prešli z 1-bitnega na 64-bitnega

Precej jasno je, zakaj so procesorji šli z 1-bitnih na več bitov: želeli smo, da naši računalniki naredijo več stvari. Z enim, dvema ali štirimi biti ni mogoče storiti veliko, toda pri 8-bitni znamki so arkadne naprave, igralne konzole in domači računalniki postali izvedljivi. Sčasoma so procesorji postali cenejši za izdelavo in fizično manjši, zato je bila dodajanje strojne opreme, potrebne za povečanje števila bitov, ki jih CPE lahko obdeluje, precej naravna poteza.

Eksponentna narava bitov postane zelo hitro očitna, če primerjamo 16-bitne konzole, kot sta SNES in Sega Genesis, z njihovimi 8-bitnimi predhodniki, predvsem NES. Super Mario Bros 3 je bila ena najbolj zapletenih iger NES v smislu mehanike in grafike in je bila popolnoma pritlikava Super Mario Svet, ki je izšel šele dve leti kasneje (čeprav so bile tudi tu ključne izboljšave v tehnologiji GPU).

Še vedno nimamo 128-bitnih procesorjev, čeprav so minila skoraj tri desetletja, odkar so na trg prišli prvi 64-bitni čipi.

Vendar ne gre samo za video igre; skoraj vse je postajalo boljše z več bitov. Prehod z 256 8-bitnih številk na 65.356 16-bitnih številk je pomenil natančnejše sledenje času, prikazovanje več barv na zaslonih in obravnavanje večjih datotek. Ne glede na to, ali uporabljate IBM-ov osebni računalnik, ki ga poganja Intelov 8-bitni procesor 8088, ali gradite strežnik za podjetje, ki je pripravljeno na povezavo, več bitov je preprosto boljše.

Industrija se je precej hitro premaknila s 16-bitnega na 32-bitno in končno na 64-bitno računalništvo, ki je postalo mainstream v poznih 90-ih in zgodnjih 2000-ih. Nekaj ​​najpomembnejših zgodnjih 64-bitnih procesorjev je bilo najdenih v Nintendo 64 in računalnikih, ki sta jih poganjala AMD-jeva Athlon 64 in Opteron. procesorji. Na strani programske opreme je 64-bitna različica že zgodaj začela prejemati glavno podporo operacijskih sistemov, kot sta Linux in Windows 2000-ih. Vendar vsi poskusi 64-bitnega računalništva niso bili uspešni; Intelovi strežniški procesorji Itanium so bili odmevna napaka in so nekaj najslabših procesorjev podjetja doslej.

Danes so 64-bitni procesorji povsod, od pametnih telefonov do osebnih računalnikov in strežnikov. Čipi z manj bitov so še vedno izdelani in so lahko zaželeni za posebne aplikacije, ki ne obravnavajo večjih številk, vendar so precej nišni. Vendar še vedno nimamo 128-bitnih procesorjev, čeprav so minila že skoraj tri desetletja, odkar so na trg prišli prvi 64-bitni čipi.

128-bitno računalništvo išče problem za rešitev

Morda mislite, da 128-bit ni izvedljiv, ker ga je težko ali celo nemogoče narediti, vendar temu dejansko ni tako. Veliko delov v procesorjih, CPE-jih in drugih je 128-bitnih ali večjih, kot so pomnilniška vodila na GPE-jih in SIMD-ji na CPE-jih, ki omogočajo navodila AVX. Posebej govorimo o tem, da bi lahko obravnavali 128-bitna cela števila, in čeprav so bili 128-bitni prototipi CPE ustvarjeni v raziskovalnih laboratorijih, nobeno podjetje dejansko ni lansiralo 128-bitnega CPE. Odgovor bi lahko bil antiklimaktičen: 128-bitni CPE preprosto ni zelo uporaben.

64-bitni CPE lahko obravnava več kot 18 kvintiljonov edinstvenih števil, od 0 do 18.446.744.073.709.551.615. Nasprotno pa bi 128-bitni CPE lahko obdelal več kot 340 undecillion števil in zagotavljam vam, da še nikoli v svojem življenju niste videli "undecillion". Iskanje uporabe za računanje števil s toliko ničlami ​​je precej težko, tudi če uporabljate eno od biti za podpis celega števila, ki bi imelo razpon od negativnih 170 undecillion do pozitivnih 170 undecillion.

Edini pomembni primeri uporabe za 128-bitna cela števila so naslovi IPv6, univerzalni edinstveni identifikatorji (ali UUID), ki se uporabljajo za ustvarjanje edinstvenih ID-jev za uporabnike (Minecraft je odmeven primer uporabe za UUID) in datotečnih sistemov, kot je ZFS. Stvar je v tem, da 128-bitni procesorji niso potrebni za opravljanje teh nalog, ki so v 64-bitni strojni opremi lahko obstajale v redu. Navsezadnje je ključni razlog, zakaj nimamo 128-bitnih procesorjev, ta, da ni povpraševanja po 128-bitnem ekosistemu strojne in programske opreme. Industrija bi vsekakor lahko uspela, če bi hotela, a preprosto ne.

Vrata so rahlo odprta za 128-bit

Čeprav 128-bitni procesorji danes niso nekaj in se zdi, da ga nobeno podjetje ne bo kmalu izdalo, ne bi šel tako daleč, da bi rekel, da 128-bitnih procesorjev nikoli ne bo. Specifikacija za RISC-V ISA pušča možnost prihodnjega 128-bitnega arhitektura na mizi, vendar ne opisuje, kaj bi dejansko bilo, verjetno zato, ker preprosto ni bilo nujne potrebe po njegovem oblikovanju.

Tristo štirideset undecillionov, največje število, ki ga je mogoče ustvariti s 128-biti, prav tako ni niti približno toliko saj so v vesolju atomi, ki veljajo za največje število, ki jih ima katerikoli resnični svet pomembnost. Če bi kdaj želeli simulirati dober kos vesolja do atomske ravni, bi bil morda 128-bitni CPE za to res uporaben. Poleg tega je težko reči, za kaj bi se uporabljal 128-bitni CPE, vendar smo se pred mnogimi leti spraševali, za kaj bi lahko potrebovali terabajt RAM-a.