256 비트 또는 512 비트 마이크로 프로세서가없는 이유는 무엇입니까?

8 비트 마이크로 프로세서에서 데이터 버스는 8 개의 데이터 라인으로 구성됩니다. 16 비트 마이크로 프로세서에서 데이터 버스는 16 개의 데이터 라인 등으로 구성됩니다.

256 비트 마이크로 프로세서와 512 비트 마이크로 프로세서가없는 이유는 무엇입니까? 왜 단순히 데이터 라인의 수를 늘리고 256 비트 마이크로 프로세서 또는 512 비트 마이크로 프로세서를 작성하지 않습니까?

256 비트 마이크로 프로세서 또는 512 비트 마이크로 프로세서 생성을 방해하는 장애물은 무엇입니까?

생각 해봐 "256 비트"프로세서는 정확히 무엇입니까? 처음에 프로세서의 비트를 만드는 것은 무엇입니까?

더 이상 자격이 없으면 프로세서의 비트 강도는 ALU 너비를 나타냅니다. 단일 작업에서 기본적으로 처리 할 수있는 이진수의 너비입니다. 따라서 "32 비트"프로세서는 단일 명령어에서 최대 32 비트 폭의 값에서 직접 작동 할 수 있습니다. 따라서 256 비트 프로세서에는 단일 조작으로 256 비트 숫자를 더하거나 빼거나 OR 링 및 AND 할 수있는 매우 큰 ALU가 포함됩니다. 왜 그걸 원해? 프로세서가 루프의 반복 횟수를 100 회만 계산하는 경우에도 크고 비싼 ALU의 가치와 비용은 어떻게됩니까?

요점은, ALU를 많이 사용하든 그 기능의 일부만 사용하든 넓은 ALU 비용을 지불해야한다는 것입니다. 256 비트 ALU를 정당화하려면 단일 명령으로 256 비트 단어를 조작함으로써 실제로 이점을 얻을 수있는 중요한 문제를 찾아야합니다. 아마도 몇 가지 예를 생각해 볼 수는 있지만 제조업체가 그러한 칩을 생산하는 데 필요한 상당한 투자에 대한 수익을 얻을 것이라고 생각하게 만드는 그러한 문제는 충분하지 않습니다. 광범위한 ALU의 이점을 얻을 수있는 틈새이지만 중요한 (잘 자금이 지원 된) 문제가있는 경우 해당 응용 프로그램에 대해 매우 고가의 타겟 프로세서를 볼 수 있습니다. 그러나 가격이 책정되어 있기 때문에 좁은 용도 이외의 용도로도 광범위하게 사용할 수 없습니다. 예를 들어 256 비트가 군대에서 특정 암호화 응용 프로그램을 가능하게했다면 각각 100 ~ 1000 달러의 비용이 드는 특수화 된 256 비트 프로세서가 등장 할 것입니다. 토스터기, 전원 공급 장치 또는 자동차에 이들 중 하나를 넣지 않을 것입니다.

또한 넓은 ALU가 ALU를 더 비싸게 만들지 않고 칩의 다른 부분도 만들었 음을 분명히해야합니다. 256 비트 너비의 ALU는 256 비트 너비의 데이터 경로가 있어야 함을 의미합니다. 그것만으로도 많은 실리콘 면적이 필요합니다. 이 데이터는 어딘가에서 가져와 어딘가로 이동해야하므로 넓은 ALU를 효과적으로 사용하려면 레지스터, 캐시, 기타 메모리 등이 있어야합니다.

또 다른 요점은 폭 프로세서에서 폭 산술을 수행 할 수 있다는 것입니다. 8 개의 명령어로 PIC 18의 다른 32 비트 메모리 단어에 32 비트 메모리 워드를 추가 할 수 있지만, 2 개의 명령어만으로 32 비트로 확장 된 동일한 아키텍처에서 수행 할 수 있습니다. 요점은 좁은 ALU로 인해 넓은 계산을 수행 할 수 없으며 넓은 계산 만 더 오래 걸리는 것입니다. 그러므로 그것은 능력이 아니라 속도의 문제입니다. 특정 너비 숫자를 사용해야하는 응용 프로그램 스펙트럼을 살펴보면 256 비트 단어가 거의 필요하지 않습니다. 다른 응용 프로그램에 도움이되지 않는 하드웨어로 소수의 응용 프로그램을 가속화하는 데 드는 비용은 그만한 가치가 없으며 제품 개발에 좋은 투자를하지 않습니다.

글쎄, 256 또는 512 비트는 모르지만 1024 비트 프로세서에 대해 들었습니다 (지금은 찾을 수 없습니다). 매우 긴 지시어 를위한 단어는 VLIW 입니다. 이것이 바로 데이터 버스 너비가 아닌 명령 버스입니다. 이점은 명령 레벨 병렬 처리 (ILP) 를 대규모로 구현할 수 있다는 것 입니다.

ILP와의 첫 만남은 20 년 전 모토로라 DSP에서 데이터를 메모리로 이동하거나 메모리에서 데이터를 이동하는 동안 MAC (Multiply and ACcumulate)을 수행하기위한 지침이 있었으므로 다음 명령에서 새로운 MAC을 낭비하지 않고 수행 할 수있었습니다. 데이터 이동을 위해 두 MAC 사이의 시간.
오늘날이 옵션을 제공하는 범용 컨트롤러도 있습니다. VLIW는이를 훨씬 더 큰 규모로 적용합니다.

$^{20}$$\infty$

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VLIW 아키텍처

마이크로 프로세서의 "비트"는 일반적으로 범용 레지스터의 크기로 정의됩니다. 크기는 프로세서가 기본적으로 처리 할 수있는 수와 액세스 할 수있는 메모리 양을 결정합니다. 64 비트 숫자는 거의 모든 알고리즘에 충분하며 어 드레서 블 메모리 (1,600 만 테라 바이트)는 앞으로 얼마 동안 충분합니다. 범용 레지스터의 크기를 늘리는 것에는 이점이 없습니다. 한편, 레지스터에서 연산을 수행하는 데 사용되는 산술 논리 단위 (ALU)의 영역은 비트 양의 제곱에 비례합니다. 256 비트 ALU는 16 배 더 크고 상당히 느립니다.

한편, 한 번에 여러 개의 작은 작업을 수행 할 수 있도록 프로세서를 넓히는 것이 중요합니다. 실제로 Intel의 Sandy Bridge 및 Ivy Bridge 프로세서는 256 비트 SIMD 레지스터를 가지며 사이클 당 2 개의 산술 연산과 1 개의 메모리 연산을 수행 할 수 있습니다. 따라서 정기적으로 사용되는 용어를 구부리고 싶은 교활한 마케팅 담당자라면 256 비트 또는 768 비트 프로세서라고 부를 수 있습니다.

첫째, 프로세서의 비트 크기는 일반적으로 데이터 버스의 크기와 같은 구현 세부 사항이 아니라 기계 언어 프로그래머가 볼 수있는 추상 아키텍처에 의해 결정됩니다.

예를 들어 Motorola 68000은 32 비트 프로세서입니다. 32 비트 데이터 레지스터와 32 비트 주소 레지스터가 있습니다. 이제 해당 아키텍처 제품군의 첫 번째 버전은 24 비트의 주소 라인 만 노출합니다. 또한, 8 비트 데이터 버스만을 갖는 변형이 존재한다 (따라서 32 비트 메모리 동작은 다중 액세스 사이클로서 프로세서에 의해 수행된다).

이제 문제는 256과 512로 넘어가는 것입니다. 프로세서는 여러 종류의 데이터 유형을 "기본적으로"조작하므로 이러한 데이터 유형 각각에 대해 256 비트 또는 512 비트가 무엇을 의미하는지 살펴 보는 것이 도움이됩니다. 정수, 포인터 및 부동 소수점 유형이 있습니다.

1. 정수 : 프로그램은 32 및 64 비트 정수에서 많은 마일리지를 얻습니다. 64 비트가 제한적인 경우이를 해결하려면 소프트웨어로 구현 된 bignum 정수를 사용해야합니다. 고급 언어는 정수 유형을 구현하여 연산이 "fixnums"와 "bignums"사이를 부드럽게 전환 할 수 있습니다. 물론 큰 숫자를 사용하면 성능이 저하되지만 큰 그림에서는 프로그램에서 몇 개의 연산이 큰 숫자 연산인지 고려해야합니다. 256 또는 512 비트 숫자는 큰 숫자의 필요성을 제거하지 않으며, 큰 숫자로 전환하기 전에 헤드 룸 만 증가시킵니다. 2048 비트 공개 키를 조작하려는 경우 512 비트 정수는 수행하지 않지만 512 비트 숫자의 큰 숫자는 빠를 수 있습니다.

2. 포인터 : 넓은 포인터는 넓은 주소 공간과 포인터에 저장된 추가 메타 데이터라는 두 가지를 허용합니다. 주소 공간은 요즘 가상이므로 메모리가 커지지 않아도 커질 수 있습니다. 128 비트 포인터가있는 경우 주소 공간이 너무 커서 운영 체제 및 커널의 모든 사용자 공간 프로세스를 보호되지 않은 단일 공간의 임의의 위치에 둘 수 있으며 그 가능성은 거의 없습니다. 충돌합니다. 단순히 더 큰 주소 공간을 만드는 대신, 참조 포인터에 대한 정보 (유형, 크기 및 기타 정보) 또는 보안 관련 정보와 같이 주소 비트가 아닌 비트를 전달하는 데 더 뚱뚱한 포인터를 사용할 수 있습니다. 이런 종류의 것에는 아마도 "최적의 비만"이있을 것입니다. 추측하면 128 비트로 제한합니다. 그렇지 않습니다 t 256 비트 포인터로 이동하는 것은 말이되지 않는 것처럼 보입니다. 512는 신경 쓰지 마십시오. 더 뚱뚱한 포인터는 단점이 있습니다. 포인터를 포함하는 모든 데이터 구조를 부 풀리게합니다. 그리고 일반적으로 포인터의 크기가 동일해야합니다. 그렇지 않으면 명령어 세트 아키텍처 (메모리 세그먼트와 같은)에서 합병증이 필요하므로 전체 포인터 (세그먼트 디스크립터 및 오프셋) 또는 로컬 포인터 (일부 이해할 수있는 세그먼트 내 오프셋)가 있습니다. .

3. 부동 소수점 유형 : 부동 소수점 숫자에서 비트 수가 많을수록 정밀도가 높아집니다. 부동 소수점 유형은 더 넓은 표현으로 가장 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 256 또는 512 비트 부동 유형은 숫자 코드의 안정성과 많은 반복이 필요한 과학 계산의 품질을 향상시키고 그 과정에서 오류를 누적합니다. 부동 소수점의 정밀도는 정수의 정밀도와 동일하지 않습니다. 부동 소수점 유형을 고정 숫자 대 큰 숫자와 같은 범위로 분리 할 수 ​​없습니다. 부동 소수점의 정밀도는 0에 가까워 지거나 큰 크기에 관계없이 모든 정확하지 않은 숫자의 품질에 영향을줍니다. 부동 소수점 지수에서 더 많은 비트는 부동 소수점 수의 범위를 크게 확장 할 수 있으며 큰 정수에 비트를 추가하는 것보다 훨씬 빠릅니다.

이러한 이유로, 미래의 주요 추세는 포인터와 정수의 너비가 반드시 증가 할 필요는 없지만 하드웨어 부동 소수점 수의 너비가 증가 할 것이라고 생각합니다.

부동 소수점 숫자는 이미 과거에 다른 유형보다 앞서 있음을 기억하십시오. 예를 들어, 한동안 우리는 64 비트 IEEE 더블 플로트를 지원하는 32 비트 프로세서가 우세했습니다. 32 비트 포인터와 정수로 많은 작업을 수행 할 수 있지만 32 비트 부동 소수점은 심각한 숫자 작업에 대해 매우 제한되어 있기 때문입니다.

부동 소수점 표현에서 나타나는 것을 볼 수있는 매우 유용한 기능 중 하나는 유형 태그의 몇 가지 여분 비트입니다. 동적 고수준 언어 (객체에는 유형이 있지만 저장 위치에 모든 유형의 값이있는)에서 부동 소수점 유형을 구현하는 것은 쉽지 않은 반면, 여분의 비트는 포인터 및 정수와 유사한 객체에서 찾을 수 있기 때문에 타입 태그를 식별하는 것은 부동 소수점 숫자와 관련이 없습니다. 따라서 종종 발생하는 것은 부동 소수점 숫자가 힙 할당된다는 것입니다. 일부 체계는 가수에서 비트를 훔치므로 해당 언어의 부동 소수점 유형은 동일한 컴퓨터의 다른 언어의 부동 소수점에 비해 정밀도가 떨어집니다.

실제로 유용한 작업을 수행하는 데 도움이되지 않습니다. 64 비트 숫자는 거의 모든 목적에 충분한 정밀도를 제공하지만 (Intel 시스템에는 80 비트 부동 소수점이 있음) 추가 회선은 클럭 속도에 약간의 부정적인 영향을 미치면서 비용과 전력 소비를 증가시킵니다.

역사적으로 CPU는 의도 한 목적에 적합한 최소 비트 수를 사용합니다. 기술의 폭이 넓어짐에 따라 버스와 ALU가 가능 해짐에 따라 버스 크기가 증가하여 더 넓은 적용 가능성을 제공합니다.

• 4 비트 : 숫자에 충분하므로 (BCD 스타일) 계산기, 금전 등록기 등에 유용합니다 (이는 제한된 영역입니다)
• 8 비트 : (ASCII) 문자에 충분하고 텍스트 처리 시스템 (매우 넓은 영역)에 적합하며 저 음질 사운드에 적합
• 16 비트 : 16 비트가 인기있는 2 ^ 16 메모리 주소는 합리적인 양 (적어도 2 ^ 8 또는 2 ^ 32보다 훨씬 합리적)입니다. 16 비트는 허용 가능한 오디오 품질을 제공하며 대부분의 A / D 변환기는 16 비트 미만의 결과를 생성하므로 16 비트의 이러한 값으로 계산하는 것이 좋습니다
• 32 비트 : 32 비트는 사람이 측정 한 대부분의 (그러나 전부는 아님) 정확도에 적합하며 큰 데이터베이스를 다루지 않는 한 2 ^ 32 주소는 대부분의 실제 목적에 적합했습니다.
• 64 비트 : 현재 2 ^ 32 바이트 이상의 메모리가 필요합니다.
• 128 비트 : 현재 암호화를 제외하고 32에 비해 거의 이점이 없습니다. 하드 디스크에서 2 ^ 64 바이트 이상을 언제 기대합니까? 아마 곧.

실제로 이러한 프로세서는 비트 니스를 정의하는 방법에 따라 존재하며 일반적입니다. 거의 확실하게 지금 사용하고 있습니다. Olin이 설명했듯이 256 비트 숫자에는 많이 사용되지 않지만 4 x 32 비트 숫자는 어떻습니까? ALU가 동시에 4 쌍의 32 비트 숫자를 추가 할 수 있다면 어떨까요? 이러한 ALU (내가 아는)는 1970 년대에 벡터 슈퍼 컴퓨터에서 처음 구현되었습니다. 처음으로 그런 컴퓨터를 소유 한 것은 MMX와 ​​함께 Intel Pentium 중 하나를 사용했을 때였습니다.

저 사람들 기억 나?

MMX 칩에는 SIMD (Single Instruction-Multiple Data) 명령 세트 ( SIMD )가있어 1x64 비트 쌍, 2x32 비트 쌍, 4x16 비트 쌍 또는 8x8 비트 쌍을 추가 할 수 있습니다.

그러나 그것은 아무것도 아닙니다. 현대 그래픽 카드에는 GPU (Graphics Processing Unit의 약자이지만 현재 General Processing Unit의 약자)가 있습니다. 이들은 종종 한 번에 128 또는 256 비트로 분기,로드 및 저장할 수있는 광범위한 SIMD 구현입니다. 인텔의 라라 비 프로토 타입 마이크로 아키텍처는 각 코어에 2 개 이상의 512 비트 SIMD 레지스터를 포함합니다.

SIMD를 멀티 코어와 혼동해서는 안됩니다. CPU의 각 코어에는 정수 세트를 더할 수있는 자체 ALU가 있습니다.

아직 필요하지 않기 때문입니다.

일반적으로 비트 (레지스터의 비트 수로 정의)는 주소 지정 가능한 메모리 양으로 직접 변환합니다. 프로세서에 따라 레지스터 길이의 2 배에 해당하는 레지스터가 있거나 메모리 제한을 우회하는 기술이 있기 때문에 (16 비트 창에서 프로그래밍하는 것을 기억하고 있습니까?)

"단순히 데이터 라인의 수를 늘리고 256 비트를 생성하지 않는 이유"

LGA-2011 소켓에 맞는 모든 인텔 프로세서에는 실제로 256 개의 데이터 핀이 있으며 마더 보드의 256 개의 데이터 라인에 연결되어 DRAM으로 연결됩니다. 가장 최근에 사용한 랩톱 또는 데스크탑 컴퓨터 가 그렇지 않은 경우 조금 놀랐습니다. 256 개 이상의 데이터 라인 . 나는 그들이 단순히 "데이터 라인의 수를 늘리지 않는다"는 잘못된 생각을 어디에서 구할 수 있습니까?

LGA 2011 소켓 시트 , 섹션 6.1, 이들의 CPU (256)는 데이터 핀 (76)과 어드레스 핀 (뱅크 어드레스 + 메모리 어드레스)를 가지고 있음을 나타낸다.

한 번에 128 비트 이상을 사용하여 데이터를 나타낼 필요가 있거나 가능성이있는 애플리케이션이 없기 때문입니다.

멀티미디어 프로세서와 그래픽 카드는 메인 보드 CPU보다 앞서 나올 것입니다. 사진 / 비디오를 사용하면 이러한 큰 데이터 길이를 사용하여 한 번에 처리 할 수 ​​있기 때문입니다.

컴퓨터 시스템은 컴퓨팅 머신의 의미로, 일부 입력이 필요하고 일부 출력이 제공됩니다. 우리는 이러한 라인에서 컴퓨터를 만족시켜야하므로 개발자는 3 개의 버스 즉, 주소 버스, 데이터 버스 및 제어 버스를 사용하여 벤치 마크를 갖게되었습니다. 1) 주소 버스는 읽기 / 쓰기 작업을 위해 메모리에서 특정 주소를 가져 오거나 선택합니다. 2) 그런 다음 데이터 버스는 데이터를 가져옵니다. 처리 / 저장 목적으로 프로세서 및 메모리에이 데이터를 제공합니다. 3) 제어 버스 인터페이스 제어 프로토콜을 생성하고 시스템이이를 존중하도록 요청합니다.

이는 사용자 / 서버 / 클라이언트에 유용한 계산을 수행하는 데 필요합니다. 일반적으로 성능 (작업 완료 속도, 적은 글리치 등)은 시스템의 병목 제거에 따라 다릅니다. 즉, CPU가 하드 디스크 드라이브의 전송 속도보다 훨씬 높은 속도로 처리 할 수 ​​있으면 HDD에서 병목 현상이 발생합니다. 마찬가지로 특정 데이터 속도 및 코드 너비에 적합한 처리 속도가 필요합니다.

시작부터 H / W 복잡성, 비용, 요구 사항, 유효 알고리즘과 같은 다양한 이유로 인해 마켓 스코프는 질문 호스트가 언급 한 바와 같이 256 비트 또는 512 비트 이것들은 가능합니다! 그러나 요구 사항은 아직 존재하지 않으며 오늘날의 요구 사항과 무료 소프트웨어 지원이 없으면 시장 범위가 아직 보이지 않습니다.

256 비트 프로세서는 특정 버스가 처리 할 수 ​​있거나 ALU가 단일 실행으로 처리 할 수있는 데이터 버스의 너비를 나타냅니다. 우리는 현재 시장 범위 제품인 4 비트, 8,16,32, 현재 64 비트 및 128 비트를 시작했습니다.

따라서 이러한 질문을하기 전에 항상 시장측 수요와 그 범위를 확인해야합니다. 역사상 인생의 방식을 이해하는 유일한 방법입니다. 당신이 그것을 감당할 수 없다면 어떻게 그것을 살 수 있습니까? 구매할 수 없다면 생산자는 어떻게 생산할 수 있습니까? 그리고 그가 생산할 수 없다면, 그 제품에 대한 존재는 없습니다!