Neden 128 bit CPU'larımız yok?

Bilgisayar sözcükleri arasında bit kesinlikle en çok bilinenlerden biridir. Tüm nesil video oyun konsolları ve bunların pikselli sanat stilleri bitlerle (8 bit ve 16 bit gibi) tanımlanır ve birçok uygulama hem 32 bit hem de 64 bit sürümler sunar.

Eğer bu tarihe bakarsanız, parçalarla baş etme yeteneğimizin yıllar geçtikçe arttığını görebilirsiniz. Ancak 64-bit çipler ilk olarak 90'lı yıllarda tanıtılıp 2000'li yıllarda yaygın hale gelmişken, biz hala 128-bit CPU'lara sahip değiliz. Her ne kadar 128, 64'ten sonra doğal bir adım gibi görünse de, bu herhangi bir şey. Ancak.

Biraz nedir?

128-bit CPU'ların neden var olmadığından bahsetmeden önce, bit'in ne olduğundan bahsetmemiz gerekiyor. Temel olarak CPU'nun yeteneklerini ifade eder. İkili ve rakam sözcüklerinden oluşan bu birim, hesaplamadaki en küçük birimdir ve tüm programlamanın başlangıç ​​noktasıdır. Bir bit yalnızca 1 veya 0 (dolayısıyla ikili) olarak tanımlanabilir, ancak bu sayılar doğru veya yanlış, açık veya kapalı ve hatta artı işareti veya eksi işareti olarak yorumlanabilir.

Tek bir bit tek başına pek kullanışlı değildir, ancak daha fazla bit kullanmak farklı bir hikaye çünkü birler ve sıfırların birleşimi bir sayı, harf veya başka bir karakter gibi bir şey olarak tanımlanabilir. 128 bit hesaplama için biz sadece tamsayılarla (ondalık noktası olmayan sayılar) ilgileniyoruz ve ne kadar çok bit varsa, bir işlemci o kadar çok sayı tanımlayabilir. Oldukça basit bir 2^x formülü kullanır; x, kaç bit olduğunu gösterir. 4 bit hesaplamada sayabileceğiniz en büyük tam sayı 15'tir; bu, formülün size verdiği 16'dan bir küçüktür, ancak programcılar saymaya 1'den değil 0'dan başlar.

Eğer 4-bit yalnızca 16 farklı tamsayıyı depolayabiliyorsa, o zaman 8- veya 32- veya 128-bit'e gitmek o kadar da büyük bir anlaşma gibi görünmeyebilir. Ancak burada üstel sayılarla uğraşıyoruz, bu da her şeyin yavaş başlayıp sonra çok hızlı bir şekilde gelişeceği anlamına geliyor. Bunu göstermek için burada, ikili sistemde 1'den 128 bit'e kadar hesaplayabileceğiniz en büyük tam sayıları gösteren küçük bir tablo var.

Artık bit miktarını iki katına çıkarmanın neden yalnızca boyutu iki katına çıkan değil, aynı zamanda kat kat daha büyük olan sayıları da işleyebildiğinizi anlayabilirsiniz. Ancak 128 bit bilgi işlem, 64 bit bilgi işlemin yapabileceğinden çok daha büyük sayılar üzerinde çalışmamızı sağlasa da, onu hâlâ kullanmıyoruz.

1 bitten 64 bit'e nasıl geçtik

CPU'ların neden 1 bitten daha fazla bit'e geçtiği oldukça açık: Bilgisayarlarımızın daha fazla iş yapmasını istedik. Bir, iki ya da dört bitle yapabileceğiniz pek bir şey yok ama 8 bit sınırına gelindiğinde atari makineleri, oyun konsolları ve ev bilgisayarları mümkün hale geldi. Zamanla işlemcilerin yapımı ucuzladı ve fiziksel olarak küçüldü; dolayısıyla CPU'nun işleyebileceği bit sayısını artırmak için gerekli donanımı eklemek oldukça doğal bir hareketti.

SNES ve Sega Genesis gibi 16 bitlik konsolları 8 bitlik öncülleriyle, özellikle de NES ile karşılaştırırken, bitlerin üstel doğası çok hızlı bir şekilde ortaya çıkıyor. Süper Mario Kardeşler 3 mekanik ve grafik açısından NES'in en karmaşık oyunlarından biriydi ve tamamen gölgede kaldı. Süper Mario Dünyasıyalnızca iki yıl sonra piyasaya sürüldü (her ne kadar GPU teknolojisindeki gelişmeler de burada önemli bir faktör olsa da).

İlk 64 bit çiplerin piyasaya çıkışından bu yana neredeyse otuz yıl geçmesine rağmen hâlâ 128 bit CPU'larımız yok.

Ancak bu sadece video oyunlarıyla ilgili değil; daha fazla parçayla hemen hemen her şey daha iyi hale geliyordu. 8 bitte 256 sayıdan 16 bitte 65.356 sayıya geçmek, sürenin daha hassas şekilde izlenmesi, ekranlarda daha fazla renk gösterilmesi ve daha büyük dosyaların adreslenmesi anlamına geliyordu. İster Intel'in 8 bit 8088 CPU'su ile desteklenen IBM'in Kişisel Bilgisayarını kullanıyor olun, ister çevrimiçi olmaya hazır bir şirket için bir sunucu oluşturuyor olun, daha fazla bit daha iyidir.

Sektör oldukça hızlı bir şekilde 16-bit'ten 32-bit'e ve son olarak da 90'ların sonu ve 2000'lerin başında ana akım haline gelen 64-bit bilişime geçti. En önemli ilk 64-bit CPU'lardan bazıları Nintendo 64'te ve AMD'nin Athlon 64 ve Opteron tarafından desteklenen bilgisayarlarda bulundu. CPU'lar. Yazılım tarafında ise 64-bit, Linux ve Windows gibi işletim sistemlerinden erken dönemde genel destek almaya başladı. 2000'ler. Ancak 64 bit bilgi işlem girişimlerinin tümü başarılı olmadı; Intel'in Itanium sunucu CPU'ları yüksek profilli bir arızaydı ve şirketin şimdiye kadarki en kötü işlemcilerinden bazıları.

Günümüzde 64 bit CPU'lar akıllı telefonlardan PC'lere ve sunuculara kadar her yerdedir. Daha az bit içeren çipler hala üretiliyor ve daha büyük sayıları işlemeyen belirli uygulamalar için tercih edilebilir, ancak bunlar oldukça niş. İlk 64 bit yongaların piyasaya çıkışından bu yana neredeyse otuz yıl geçmesine rağmen hâlâ 128 bit CPU'larımız yok.

128 bit bilgi işlem çözülecek bir sorun arıyor

128-bit'in uygulanabilir olmadığını düşünebilirsiniz çünkü bunu yapmak zor, hatta imkansız, ama aslında durum böyle değil. İşlemcilerdeki, CPU'lardaki ve diğer birçok parça, AVX talimatlarını etkinleştiren GPU'lardaki bellek veri yolları ve CPU'lardaki SIMD'ler gibi 128 bit veya daha büyüktür. Özellikle 128 bitlik tamsayıları işleyebilmekten bahsediyoruz ve araştırma laboratuvarlarında 128 bitlik CPU prototipleri oluşturulmuş olsa da hiçbir şirket aslında 128 bitlik bir CPU piyasaya sürmedi. Cevap beklenmedik olabilir: 128 bitlik bir CPU pek kullanışlı değil.

64 bitlik bir CPU, 0'dan 18.446.744.073.709.551.615'e kadar 18 kentilyondan fazla benzersiz sayıyı işleyebilir. Buna karşılık, 128 bitlik bir CPU 340'tan fazla undesilyon sayıyı işleyebilir ve size garanti ederim ki hayatınız boyunca "desilyon"u hiç görmediniz. Bu kadar çok sıfır içeren sayıları hesaplamak için bir kullanım alanı bulmak, aşağıdakilerden birini kullanıyor olsanız bile oldukça zordur. Negatif 170 undesilyondan pozitif 170'e kadar olan tamsayıyı işaretleyen bitler undesilyon.

128 bitlik tamsayıların tek önemli kullanım durumları, kullanıcılar için benzersiz kimlikler oluşturmak için kullanılan evrensel olarak benzersiz tanımlayıcılar (veya UUID) olan IPv6 adresleridir (minecraft UUID ve ZFS gibi dosya sistemleri için yüksek profilli bir kullanım durumudur. Mesele şu ki, 64 bit donanımda gayet iyi var olabilen bu görevleri yerine getirmek için 128 bit CPU'lara gerek yok. Sonuçta 128 bit CPU'lara sahip olmamamızın temel nedeni, 128 bit donanım-yazılım ekosistemine talep olmamasıdır. Sektör isteseydi bunu kesinlikle başarabilirdi ama olmuyor.

128-bit için kapı biraz açık

Her ne kadar 128-bit CPU'lar bugün bir şey olmasa da ve hiçbir şirket yakın zamanda bir tane çıkarmayacak gibi görünse de, 128-bit CPU'ların asla olmayacağını söyleyecek kadar ileri gitmem. Şartname RISC-V ISA gelecekte 128-bit olasılığını bırakıyor mimari masada ama gerçekte ne olacağını detaylandırmıyor, muhtemelen onu tasarlamaya acil bir ihtiyaç olmadığından.

128 bitle oluşturulabilecek en büyük sayı olan üç yüz kırk undesilyon da o kadar fazla değil Evrende gerçek dünyada bulunabilecek en büyük sayı olarak kabul edilen atomlar olduğu için önemi. Eğer evrenin büyük bir kısmını atom seviyesine kadar simüle etmek istiyorsanız, belki 128 bitlik bir CPU bunun için gerçekten yararlı olabilir. Bunun ötesinde, 128 bitlik bir CPU'nun ne için kullanılacağını söylemek zor, ancak yıllar önce bir terabaytlık RAM'in ne için istenebileceğini de merak ediyorduk.