จากซีรีย์บทความสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ มีสิ่งหนึ่งที่เราไม่ได้พูดถึงเลยนั่นก็คือ CPU แบบ 128-bit มาดูกันดีกว่าว่าจนถึงตอนนี้ทำไมเราถึงยังไม่มีมันกัน
จาก 3 บทความที่เกี่ยวข้องกับสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ก่อนหน้านี้อย่าง Computer Architecture ในปัจจุบันมีอะไรบ้างและมันแตกต่างกันอย่างไร, Computer Architecture ในปัจจุบันมีอะไรบ้างและมันแตกต่างกันอย่างไร ตอนที่ 2, Microarchitecture สถาปัตยกรรมเล็กๆ ที่ไม่เล็กตามชื่อ ท่านจะได้เห็นเรากล่าวถึงการทำงานของหน่วยประมวลผลหรือ CPU ที่จะอยู่ในรูปแบบของการคำนวณตัวเลขแบบ bit หรือ 0 และ 1 เท่านั้น
ในบรรดาคำศัพท์คอมพิวเตอร์ bit ถือเป็นคำที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคำหนึ่งอย่างแน่นอน เครื่องเล่นเกมคอนโซลทุกรุ่นและสไตล์อาร์ตแบบพิกเซลถูกกำหนดโดยบิต (เช่น 8 บิตและ 16 บิต) และแอปพลิเคชันจำนวนมากมีทั้งเวอร์ชัน 32 บิตและ 64 บิต
คุณจะเห็นว่าความสามารถของเราในการจัดการบิตเพิ่มขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม แม้ว่าชิป 64 บิตจะเปิดตัวครั้งแรกในยุค 90 และกลายเป็นกระแสหลักในช่วงปี 2000 แต่เรายังไม่มี CPU 128 บิต แม้ว่า 128 อาจดูเหมือนก้าวปกติหลังจาก 64 อย่างไรก็ตามแต่แล้วนั้นจะเห็นได้ว่าในปัจจุบันนี้เรายังคงอยู่กับ CPU ที่มีความสามารถในการประมวลผลสูงสุดที่ระดับ 64 บิตเท่านั้น ทำไมถึงเป็นเช่นนั้นในบทความนี้เราจะมาไขปริศนากัน
- bit คืออะไร
- จาก CPU 1-bit มาสู่ CPU 64-bit ผ่านมาอย่างไร
- การประมวลผลแบบ 128-bit สามารถที่จะแก้ไขปัญหาอะไรได้บ้าง
- มีช่องทางเล็กน้อยสำหรับ CPU 128-bit
bit คืออะไร
ก่อนที่จะพูดถึงสาเหตุที่ไม่มี CPU 128 บิต เราต้องพูดถึงว่าบิตคู่คืออะไร โดยพื้นฐานแล้วมันหมายถึงความสามารถของ CPU ซึ่งเกิดจากคำว่าไบนารีและดิจิต เป็นหน่วยที่เล็กที่สุดในการคำนวณและเป็นจุดเริ่มต้นของการเขียนโปรแกรมทั้งหมด บิตสามารถกำหนดให้เป็น 1 หรือ 0 เท่านั้น(หรือก็คือเลขฐานสองนั่นเอง) แม้ว่าตัวเลขเหล่านี้สามารถตีความได้ว่าเป็นจริงหรือเท็จ, เปิดหรือปิดและแม้แต่เป็นเครื่องหมายบวกหรือเครื่องหมายลบ
ในทางการคำนวณหรือประมวลผลนั้นด้วยตัวของบิตเอง หากใช้เพียงบิตเดียวก็จะไม่มีประโยชน์มากนัก แต่ทว่าการใช้บิตมากขึ้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง เนื่องจากการรวมกันของค่าหนึ่งและเลขศูนย์สามารถกำหนดเป็นบางสิ่งได้ เช่น ตัวเลข, ตัวอักษรหรืออักขระอื่น สำหรับการประมวลผลแบบ 128 บิต ในที่นี้เราจะสนใจแค่จำนวนเต็ม(ตัวเลขที่ไม่มีจุดทศนิยม) และยิ่งมีบิตมากเท่าใด ตัวประมวลผลก็จะสามารถกำหนดตัวเลขได้มากขึ้นเท่านั้น มันใช้สูตร 2x ที่ค่อนข้างง่าย โดยที่ x คือจำนวนบิตที่มีอยู่ ในการคำนวณแบบ 4 บิต จำนวนเต็มที่ใหญ่ที่สุดที่คุณสามารถนับได้คือ 15 ซึ่งต่ำกว่า 16 ที่สูตรให้มาหนึ่งค่า แต่โปรแกรมเมอร์เริ่มนับจาก 0 ไม่ใช่จาก 1
หาก 4 บิตสามารถเก็บจำนวนเต็มที่แตกต่างกันได้ 16 จำนวนเท่านั้น ก็อาจดูเหมือนว่าการไปที่ 8 หรือ 32- หรือแม้แต่ 128- บิตจะไม่ใช่เรื่องใหญ่ขนาดนั้น ทว่าในความเป็นจริงของการประมวลผลนั้นเรากำลังเผชิญกับเลขเอ็กซ์โปเนนเชียล ซึ่งหมายความว่าสิ่งต่างๆ เริ่มต้นอย่างช้าๆ แต่แล้วก็หายไปอย่างรวดเร็ว เพื่อสาธิตสิ่งนี้ ให้คุณลองดูตารางที่แสดงจำนวนเต็มที่ใหญ่ที่สุดที่คุณสามารถคำนวณเป็นไบนารีได้ตั้งแต่ 1 ถึง 128 บิต ดังต่อไปนี้
| Bit | Maximum Integer |
| 1-bit | 1 |
| 2-bit | 3 |
| 4-bit | 15 |
| 8-bit | 255 |
| 16-bit | 65,535 |
| 32-bit | 4,294,967,295 |
| 64-bit | 18,446,744,073,709,551,615 |
| 128–bit | 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,455 |
ตอนนี้คุณคงจะเข้าใจแล้วว่าเหตุใดการเพิ่มจำนวนบิตเป็นสองเท่าจึงส่งผลให้สามารถจัดการกับตัวเลขที่ไม่เพียงเพิ่มขนาดเป็นสองเท่า แต่มันยังมีขนาดใหญ่กว่าอีกด้วย แม้ว่าการประมวลผลแบบ 128 บิตจะช่วยให้เราสามารถทำงานกับจำนวนที่มากกว่าการประมวลผลแบบ 64 บิตได้มาก แต่ในอุปตสาหกรรม CPU นั้นเราก็ยังไม่ได้ใช้มัน
จาก CPU 1-bit มาสู่ CPU 64-bit ผ่านมาอย่างไร
ค่อนข้างชัดเจนว่าทำไม CPU ถึงเปลี่ยนจาก 1 บิตเป็นบิตมากขึ้น สาเหตุนั้นก็คือเราต้องการให้คอมพิวเตอร์ของทำสิ่งต่างๆ ได้มากขึ้น คุณไม่สามารถทำอะไรได้มากมายด้วยหนึ่งหรือสองหรือสี่บิต แต่ในระดับ 8 บิต เครื่องเกมอาร์เคด, เครื่องเล่นเกมและคอมพิวเตอร์ที่บ้านก็เป็นไปได้ที่จะทำงานอะไรสักอย่างได้เป็นอย่างดี ทั้งนี้เมื่อเวลาผ่านไปโปรเซสเซอร์หรือ CPU มีราคาในการผลิตถูกมากขึ้นและมีขนาดของตัวชิปเล็กลง ดังนั้นการเพิ่มฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นในการเพิ่มจำนวนบิตที่ CPU จึงสามารถจัดการได้อย่างไม่ยากเย็นเท่าไรนัก
ลักษณะเอ็กซ์โพเนนเชียลของบิตจะปรากฏให้เห็นอย่างรวดเร็วมากเมื่อเปรียบเทียบเครื่องเกมคอนโซล 16 บิต เช่น Super Famicom และ Sega Genesis(หรือ Megadrive)กับรุ่น 8 บิตรุ่นก่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับเกม Super Mario Bros 3 บนเครื่อง Famicom เป็นหนึ่งในเกมที่ซับซ้อนที่สุดของ Famicom ในแง่ของกลไกและกราฟิกถูกบดบังไปอย่างสิ้นเชิงโดย Super Mario World ซึ่งวางจำหน่ายเพียงสองปีต่อมาบนเครื่อง Super Famicom (แต่ว่าการปรับปรุงเทคโนโลยี GPU ก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน)
เรายังไม่มี CPU 128-bit แม้ว่าจะเป็นเวลาเกือบสามทศวรรษแล้วนับตั้งแต่ชิป 64-bit ตัวแรกออกสู่ตลาด
มันไม่ใช่แค่เกี่ยวกับวิดีโอเกมเท่านั้น ทุกอย่างค่อนข้างดีขึ้นเมื่อมีบิตมากขึ้น การย้ายจาก 256 หมายเลขใน 8 บิตเป็น 65,356 หมายเลขใน 16 บิตหมายถึงเวลาในการติดตามที่แม่นยำยิ่งขึ้น, แสดงสีบนจอแสดงผลได้มากขึ้นและจัดการกับไฟล์ขนาดใหญ่ขึ้น ไม่ว่าคุณจะใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลของ IBM ซึ่งขับเคลื่อนโดย CPU 8 บิต 8088 ของ Intel หรือจะสร้างเครื่องเซิร์ฟเวอร์สำหรับบริษัทที่พร้อมจะออนไลน์ จำนวนบิตที่มากขึ้นก็ดีกว่า
อุตสาหกรรมมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจาก 16 บิตเป็น 32 บิต และสุดท้ายคือการประมวลผลแบบ 64 บิตซึ่งกลายเป็นกระแสหลักในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 และต้นปี 2000 CPU 64 บิตรุ่นแรกๆ ที่สำคัญที่สุดบางตัวพบได้ในเครื่องเกมคอนโซลอย่าง Nintendo 64 และคอมพิวเตอร์ที่ขับเคลื่อนโดย Athlon 64 และ Opteron CPU ของ AMD ในด้านซอฟต์แวร์ 64 บิตเริ่มได้รับการสนับสนุนกระแสหลักจากระบบปฏิบัติการเช่น Linux และ Windows ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 อย่างไรก็ตามความพยายามในการใช้คอมพิวเตอร์แบบ 64 บิตไม่ได้ประสบความสำเร็จทั้งหมด ตัวอย่างเช่น CPU เซิร์ฟเวอร์อย่าง Itanium ของ Intel ประสบความล้มเหลวครั้งใหญ่และเป็นโปรเซสเซอร์ที่แย่ที่สุดของบริษัท(ดังที่ได้กล่าวไปแล้วในบทความก่อนหน้านี้)
ปัจจุบัน CPU 64 บิตมีอยู่ทุกที่ ตั้งแต่สมาร์ทโฟน, คอมพิวเตอร์พีซีไปจนถึงเซิร์ฟเวอร์ ชิปที่มีบิตน้อยกว่ายังคงผลิตขึ้นมาและเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานเฉพาะที่ไม่จำเป็นต้องรองรับจำนวนบิตที่มากขึ้นเพราะใช้งานเฉพาะอย่างเท่านั้น แต่ถึงจะเป็นเช่นนั้นเราก็ยังคงไม่มี CPU 128 บิต แม้ว่าจะเป็นเวลาเกือบสามทศวรรษแล้วนับตั้งแต่ชิป 64 บิตตัวแรกออกสู่ตลาด
การประมวลผลแบบ 128-bit สามารถที่จะแก้ไขปัญหาอะไรได้บ้าง
คุณอาจคิดว่า 128 บิตไม่สามารถใช้งานได้เพราะมันยากหรือเป็นไปไม่ได้ด้วยซ้ำ แต่จริงๆ แล้วไม่เป็นเช่นนั้น ชิ้นส่วนจำนวนมากในโปรเซสเซอร์, CPU และอื่นๆ เป็นแบบ 128 บิตหรือใหญ่กว่า เช่นบัสหน่วยความจำบน GPU และ SIMD บน CPU ที่เปิดใช้งานคำสั่ง AVX เรากำลังพูดถึงความสามารถในการจัดการจำนวนเต็ม 128 บิตโดยเฉพาะและถึงแม้จะมีการสร้างต้นแบบ CPU 128 บิตในห้องปฏิบัติการวิจัย แต่ไม่มีบริษัทใดที่เปิดตัว CPU 128 บิตจริงๆ ซึ่งคำตอบนั้นอาจเป็นเพราะ CPU 128 บิตไม่มีประโยชน์มากนัก
CPU 64 บิตสามารถรองรับตัวเลขที่ไม่ซ้ำกันได้มากกว่า 18 ล้านล้านหมายเลข ตั้งแต่ 0 ถึง 18,446,744,073,709,551,615 ในทางตรงกันข้าม CPU 128 บิตจะสามารถรองรับตัวเลขจำนวนนับล้านได้มากกว่า 340 ตัว และเชื่อเถอะว่าคุณไม่เคยเห็น “จำนวนนับล้าน” มาก่อนเลยตลอดชีวิตสำหรับการคำนวณต่างๆ ในอดีตจนถึงปัจจุบัน การค้นหาวิธีการคำนวณตัวเลขด้วยเลขศูนย์จำนวนมากนั้นค่อนข้างท้าทาย แม้ว่าคุณจะใช้บิตใดตัวหนึ่งเพื่อเซ็นจำนวนเต็ม ที่จะมีช่วงตั้งแต่ลบ 170 ล้านล้านไปจนถึงบวก 170 ล้านล้าน
กรณีการใช้งานที่สำคัญเพียงกรณีเดียวสำหรับจำนวนเต็ม 128 บิตคือที่ IP Address แบบ IPv6, ตัวระบุที่ไม่ซ้ำกันสากล (หรือ UUID) ที่ใช้เพื่อสร้าง ID เฉพาะสำหรับผู้ใช้ (Minecraft เป็นกรณีการใช้งานระดับสูงสำหรับ UUID) และระบบไฟล์เช่น ZFS ประเด็นก็คือ CPU 128 บิตไม่จำเป็นในการจัดการงานเหล่านี้ เพราะมันก็สามารถถูกจัดการได้ดีบนฮาร์ดแวร์ 64 บิตอยู่แล้ว ท้ายที่สุดเหตุผลหลักที่เราไม่มี CPU แบบ 128 บิตก็คือเรายังคงไม่มีความต้องการระบบนิเวศฮาร์ดแวร์-ซอฟต์แวร์แบบ 128 บิตในปัจจุบันถึงแม้ว่าในทางด้านการผลิตแล้วนั้นการผลิต CPU แบบ 128 บิตในปัจจุบันสามารถที่จะทำขึ้นมาจริงๆ ได้อย่างไม่ยากเย็นเท่าไรนัก
มีช่องทางเล็กน้อยสำหรับ CPU 128-bit
แม้ว่า CPU 128 บิตจะไม่ใช่สิ่งที่มีอยู่ในปัจจุบันและดูเหมือนว่าจะไม่มีบริษัทใดจะเปิดตัวในเร็วๆ นี้ แต่ก็คงไม่สามารถที่จะคาดการณ์ไปไกลถึงขนาดที่จะบอกว่า CPU 128 บิตจะไม่มีวันเกิดขึ้น ข้อมูลจำเพาะสำหรับ RISC-V ISA ทิ้งความเป็นไปได้ของสถาปัตยกรรม 128 บิตในอนาคตไว้ในรูปแบบทฤษฎี แต่ไม่ได้ให้รายละเอียดว่าจริงๆ แล้วจะเป็นเช่นไร(อันนี้อาจจะคาดเดาได้ว่าเป็นเพราะไม่จำเป็นต้องออกแบบอย่างเร่งด่วนหรือมีความจำเป็นจะต้องใช้ในช่วงอนาคตอันใกล้นี้)
สามร้อยสี่สิบล้านล้านคือจำนวนที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้ในการสร้างด้วย 128 บิต ก็ไม่มากเท่ากับอะตอมในจักรวาล ซึ่งถือเป็นจำนวนที่ใหญ่ที่สุดที่มีความสำคัญในโลกแห่งความเป็นจริง หากคุณต้องการจำลองส่วนที่ดีของจักรวาลลงไปจนถึงระดับอะตอม CPU 128 บิตอาจจะมีประโยชน์มากสำหรับการทำงานแบบนั้น นอกเหนือไปจากนั้นมันเป็นเรื่องยากที่จะบอกว่า CPU 128 บิตจะใช้ทำอะไรได้บ้างเหมือนกับคำถามที่ว่าเราจะมี CPU ที่รองรับหน่วยความจำขนาดใหญ่มากถึง 1TB ไปทำไมทั้งๆ ที่ในปัจจุบันการใช้งานหน่วยความจำขนาด 64GB ก็ถือว่ามากเกินพอแล้วสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลทั่วไป
ที่มา : howtogeek, quora, xda-developers
