Tại sao chúng ta chưa có máy tính 128-bit?

Quá trình chuyển đổi từ 32-bit sang 64-bit là một sự kiện khá lớn đối với thị trường CPU tiêu dùng nói riêng và toàn thể thế giới công nghệ nói chung. Trước đó, cuộc đua bổ sung thêm số lượng bit đã diễn ra sôi nổi trong ngành công nghiệp máy tính, nhưng khoảng hai thập kỷ trở lại đây, chúng ta gần như chỉ gắn bó với các nền tảng 64-bit chứ chưa có bất chứ dấu hiệu của một bước nhảy vọt nào, chẳng hạn như 128-bit. Tại sao lại như vậy?

Bộ xử lý 32-bit và 64-bit

Trước khi đi sâu vào chi tiết, hãy tìm hiểu những điều cơ bản. 64-bit nghĩa là gì? Trong bối cảnh thảo luận về máy tính cá nhân 32-bit và 64-bit, định dạng XX-bit đề cập đến chiều rộng của CPU register (thanh ghi CPU).

Thanh ghi là một dung lượng lưu trữ nhỏ, nơi CPU giữ bất kỳ dữ liệu nào nó cần để truy cập nhanh chóng nhằm mang lại hiệu suất máy tính tối ưu. Ký hiệu bit đề cập đến chiều rộng của thanh ghi. Thanh ghi 64-bit có thể chứa nhiều dữ liệu hơn thanh ghi 32-bit, lần lượt chứa nhiều thanh ghi 16-bit và 8-bit. Không gian trong hệ thống thanh ghi của CPU càng rộng rãi, nó càng có thể xử lý nhiều hơn - đặc biệt là về mặt sử dụng bộ nhớ hệ thống một cách hiệu quả. Ví dụ, một CPU có thanh ghi 32-bit có tối đa là 232 địa chỉ trong thanh ghi và do đó bị giới hạn trong việc truy cập 4GB RAM. Đây có thể là mức dung lượng RAM khổng lồ ở thời điểm cách đây 40 năm nhưng mọi thứ đã thay đổi đối với các máy tính hiện đại.

CPU 32-bit có thể xử lý đồng thời 32 bit thông tin, trong khi bộ xử lý 64-bit có thể xử lý 64 bit thông tin. Điều này giúp bộ xử lý 64-bit có khả năng xử lý đồng thời nhiều dữ liệu hơn, dẫn đến hiệu suất tốt hơn.

Hầu hết các máy tính và thiết bị di động hiện đại đều sử dụng bộ xử lý 64-bit, nhưng một số mẫu cũ hơn vẫn có bộ xử lý 32-bit. Đây cũng là lý do tại sao hệ điều hành 32-bit vẫn tồn tại. Đáng chú ý, Windows 11 đã không còn phiên bản 32-bit, khiến Windows 10 trở thành phiên bản cuối cùng hỗ trợ các bộ vi xử lý kiểu cũ hơn dạng này. Tương tự, MacOS của Apple đã hoàn toàn bỏ hỗ trợ cho các ứng dụng 32-bit.

Kích thước bit và RAM

CPU 32-bit được thiết kế để xử lý dữ liệu trong các khối 32-bit. Nghĩa là nó có thể truy cập 4.294.967.296 (2^32) vị trí bộ nhớ riêng lẻ, mỗi vị trí có một địa chỉ duy nhất. Tuy nhiên, bộ nhớ có thể sử dụng thực tế trong các hệ thống 32-bit thường ít hơn 4GB do không gian địa chỉ bộ nhớ được dành riêng cho các thiết bị phần cứng khác như GPU. Ví dụ: nếu GPU của bạn có 512 MB VRAM, thì bạn chỉ có thể xử lý 3,5 GB RAM hệ thống.

Nói chung, CPU 64-bit có thể giải quyết nhiều bộ nhớ hơn so với các đối tác 32-bit. CPU 64-bit được thiết kế để xử lý dữ liệu trong các khối 64-bit, cho phép nó truy cập 18.446.744.073.709.551.616 (2^64) vị trí bộ nhớ riêng lẻ, mỗi vị trí có một địa chỉ duy nhất. Về mặt lý thuyết, CPU 64 bit có thể xử lý tối đa 16 exabyte (EB) RAM.

Trên thực tế, dung lượng RAM mà CPU 64-bit có thể xử lý bị giới hạn bởi hệ điều hành và không gian vật lý của phần cứng máy tính. Tuy nhiên, các máy tính và máy chủ hiện đại có CPU 64-bit có thể chứa lượng RAM lớn hơn đáng kể so với hệ thống 32-bit, với nhiều hệ thống hỗ trợ hàng trăm gigabyte hoặc thậm chí hàng terabyte RAM.

Tại sao CPU chuyển sang 64-bit?

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sức mạnh xử lý và bộ nhớ, kiến trúc của bộ xử lý đã chuyển dịch từ 32-bit sang 64-bit. Máy tính cá nhân bắt đầu sử dụng bộ xử lý 64 bit vào đầu những năm 2000, nhưng những bộ xử lý này đã có sẵn cho máy chủ và máy trạm từ những năm 1990.

Bộ xử lý 64 bit có thể xử lý lượng lớn dữ liệu và có thể truy cập nhiều bộ nhớ hơn. Chúng cung cấp hiệu suất và hiệu quả vượt trội so với bộ xử lý 32-bit. Đây là lý do tại sao phần lớn máy tính và thiết bị di động ngày nay sử dụng bộ vi xử lý 64-bit.

Đặc biệt, sự gia tăng số lượng lõi CPU cũng dẫn đến nhu cầu tất yếu về dung lượng RAM lớn hơn.

Ưu điểm của kích thước bit lớn hơn

Kích thước bit cao hơn cho phép phạm vi giá trị số lớn hơn, có thể hữu ích cho các tác vụ yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như tính toán khoa học và tài chính.

Bạn cũng có thể triển khai các mô hình bảo mật nâng cao cho những tác vụ như mã hóa, vì việc bẻ khóa mã trở nên khó khăn hơn khi kích thước bit tăng lên.

Nhiều bit hơn cho phép bộ xử lý xử lý đồng thời các hoạt động phức tạp hơn và lượng dữ liệu lớn hơn, cải thiện hiệu suất và hiệu suất tổng thể.

Kích thước bit cao hơn cũng có thể cải thiện khả năng tương thích của máy tính với các tập dữ liệu lớn và các ứng dụng phức tạp. Đây là một vấn đề quan trọng trong máy học và các khối lượng công việc HPC (Điện toán hiệu năng cao) khác.

Tại sao chúng ta có thể không bao giờ chạm đến mốc 128-bit

Rất khó để dự đoán được tương lai của điện toán, nhưng có một số lý do khiến máy tính 128-bit có thể không bao giờ cần thiết:

• Lợi ích giảm dần: Khi kích thước bit của bộ xử lý tăng lên, các cải tiến về hiệu suất và khả năng có xu hướng trở nên ít quan trọng hơn. Nói cách khác, chẳng hạn, sự cải tiến từ 64-bit lên 128-bit không ấn tượng bằng việc chuyển từ CPU 8-bit sang 16-bit.
• Giải pháp thay thế: Có thể có các cách khác để giải quyết nhu cầu tăng sức mạnh xử lý và khả năng hỗ trợ bộ nhớ, chẳng hạn như sử dụng nhiều bộ xử lý hoặc phần cứng chuyên dụng thay vì một bộ xử lý lớn, đơn lẻ với kích thước bit cao.
• Hạn chế vật lý: Rất khó để tạo ra một bộ xử lý 128-bit do các hạn chế về công nghệ hoặc vật liệu.
• Chi phí và tài nguyên: Việc phát triển và sản xuất bộ xử lý 128 bit có thể tốn nhiều chi phí và sử dụng nhiều tài nguyên, khiến việc sản xuất hàng loạt không có lãi.

Mặc dù đúng là những lợi ích của việc chuyển từ 64-bit sang 128-bit có thể không quá cần thiết như hiện nay, nhưng các ứng dụng hoặc công nghệ mới xuất hiện trong tương lai có thể thúc đẩy sự phát triển của bộ xử lý 128-bit.

Những đột phá về trí tuệ nhân tạo, điện toán lượng tử hoặc các công nghệ chưa được khám phá khác có thể thúc đẩy nhu cầu về bộ xử lý mạnh hơn với kích thước bit cao hơn. Tương lai của công nghệ luôn thay đổi. Những gì có vẻ không cần thiết hoặc không thể xảy ra ngày hôm nay có thể trở nên thiết yếu trong tương lai.