۳۲ بیت با ۶۴ بیت چه تفاوتی می کند؟ آیا استفاده از پردازش ۶۴ بیتی در تلفن های هوشمند اهمیت دارد؟ در این مقاله به شرح پردازش ۶۴ بیتی می پردازیم و تفاوت های آن را با پلتفرم های ۳۲ بیت بررسی می کنیم.

مدت ها است که تقریبا تمام پردازنده های کامپیوترهای شخصی و لپ تاپ ها از بستر ۶۴ بیتی پشتیبانی می کنند و بسیاری از نرم افزارهای مطرح دنیا علاوه بر نسخه ی سازگار با پردازش ۳۲ بیتی، نسخه ی اختصاصی ۶۴ بیتی نیز دارند. سیستم عامل های مختلف کامپیوترهای شخصی از ویندوز تا لینوکس و مک به خوبی از هر دو حالت پردازش ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی پشتیبانی می کنند. اما پردازش ۶۴ بیتی چه تفاوتی با ۳۲ بیتی می کند و آیا این تفاوت در تلفن های هوشمند نیز حائز اهمیت است؟

اپل با معرفی آيفون 5s و پردازنده ی ۶۴ بیتی A7 نه تنها کاربران بلکه تولیدکنندگان سیستم-روی-یک-چیپ (SoC) همچون کوالکام را متعجب کرد. وقتی همه ی پردازنده های موبایل تنها قادر به پردازش ۳۲ بیتی بودند، اپل پردازنده ی ۶۴ بیتی A7 را در دل پرچمدار خود جای داد. از آن زمان، موج عظیمی بر پا شد و اظهار نظرهای ضد و نقیضی مطرح شد. برخی پردازنده ی ۶۴ بیتی را برای تلفن های هوشمند بلااستفاده دانستند و آن را یک حقه ی تبلیغاتی بر شمردند و بعضی دیگر به ستایش آن پرداختند.

پردازنده ی ۶۴ بیتی در حقیقت استفاده از پردازش ۶۴ بیتی در تلفن های هوشمند مزایا و معایب خاص خود را دارد. معماری پردازنده های ۶۴ بیتی با ۳۲ بیتی فرق می کند، اما پردازنده های ۶۴ بیتی قادر به اجرای دستورات ۳۲ بیتی نیز هستند. برای اینکه نهایت استفاده را از پردازش ۶۴ بیتی ببرید نه تنها سیستم عامل بلکه نرم افزارها نیز باید با پشتیبانی از این نوع پردازش تولید شوند. یعنی اگر فقط، پردازنده ی دستگاه ۶۴ بیتی باشد، نهایت استفاده را از توان پردازشی دستگاه نخواهید برد و باید سخت افزار و نرم افزار، هر دو از پردازش ۶۴ بیتی پشتیبانی کنند.

یک پردازنده ی ۶۴ بیتی قادر است ۲ به توان ۶۴ مقدار محاسباتی را ذخیره کرده و در حافظه آدرس دهی کند. برای اینکه درک بهتری در این باره پیدا کنید، این عدد به این معنا است که پردازنده ی ۶۴ بیتی قادر است تا بیش از ۴ میلیارد برابر «حافظه ی فیزیکی رم» بیشتر را در مقایسه با پردازنده های ۳۲ بیتی، آدرس دهی کند. سیستم های مبتنی بر پردازنده ی ۳۲ بیتی قادر به آدرس دهی حداکثر ۴ گیگابایت (۲ به توان ۳۲) از حافظه ی رم هستند، اما پردازنده های ۶۴ بیتی از نظر تئوری می توانند تا ۱۶.۸ میلیون ترابایت رم (۲ به توان ۶۴) را پشتیبانی کنند! برای اینکه پردازنده ی ۶۴ بیتی بتواند درست کار کند سیستم عامل دستگاه نیز باید از پردازش ۶۴ بیتی پشتیبانی کند. مثلا در این آدرس می توانید محدودیت میزان حافظه ی پشتیبانی شده در هر نسخه از ویندوز را مشاهده کنید.

اولین پردازنده ی ۶۴ بیتی دنیا در سال ۱۹۶۱ توسط IBM و در سوپر کامپیوتر 7030 Stretch طراحی و استفاده شد. اما تا دهه ی ۲۰۰۰ از این پردازنده ها در کامپیوترهای خانگی استفاده نشد. پردازنده های ۶۴ بیتی با عرضه ی ویندوز اکس پی رایج شدند. پس از آن تمام نسخه های ویندوز از پردازش ۶۴ بیتی پشتیبانی کردند. کامپیوترهای که به پردازنده ی ۶۴ بیتی مجهز می شوند قادرند نسخه ی ۳۲ بیتی از سیستم عامل ها و اپلیکیشن ها را اجرا کنند، اما برعکس این موضوع صادق نیست. علاوه بر این برای اینکه از تمام توان پردازنده ی ۶۴ بیتی دستگاه خود استفاده کنید، باید نسخه ی ۶۴ بیتی سیستم عامل و نرم افزارهای مورد نظر خود را داشته باشید.

یکی از مهم ترین تفاوت های بین پردازش ۳۲ بیتی و64 بیتی در تعداد محاسباتی است که هر کدام در هر ثانیه انجام می دهند. در واقع به بیان ساده، در برخی از شرایط پردازنده های ۶۴ بیتی سریع تر از ۳۲ بیتی ها عمل می کنند.

احتمالا شما هم این عبارت را شنیده اید: «اگر حافظه ی رم دستگاه بیشتر از ۴ گیگابایت نباشد، تفاوتی بین پردازنده ی ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی نیست» این عبارت همیشه، درست نیست! در این شکی نیست که مهم ترین تفاوت بین پردازنده های ۶۴ بیتی با ۳۲ بیتی در پشتیبانی از حافظه ی رم بالاتر است. اما تفاوت های دیگری نیز وجود دارد:

مدیریت حافظه در پردازنده های ۶۴ بیتی بهتر از ۳۲ بیتی است. پردازنده های ۳۲ بیتی قادر نیستند فایل های حجیم و بزرگ تر از ۴ گیگابایت را به سادگی آدرس دهی کنند و تنها بخشی از فایل را به اصطلاح در حافظه «مپ» می کنند. نرم افزارهای خاص مانند آن هایی که به رمزگذاری یا رمزگشایی محتوا می پردازند می توانند از آدرس دهی بهتر پردازنده ی ۶۴ بیتی بهره برده و با سرعت بیشتری امور مورد نظر خود را انجام دهند. مثلا برنامه های رندر سه بعدی یا ویرایش ویدیو می تواند بازده به مراتب بالاتری را در پردازنده های ۶۴ بیتی داشته باشند.

در برخی از امور پردازنده مجبور است مرتبا مقادیر مورد نظر خود را از حافظه خوانده و رجیستر کند، به همین دلیل شاید انجام یک کار مشخص در پردازنده ی ۳۲ بیتی به چند سیکل در CPU نیاز داشته باشد، اما همان تسک در یک پردازنده ی ۶۴ بیتی به دلیل دسترسی وسیع تر به حافظه در سیکل های کمتری انجام شود. در واقع پردازنده های ۶۴ بیتی قادر هستند تا آدرس دهی وسیع تری را در حافظه داشته باشند و با حجم به مراتب بالاتری از اطلاعات در اپلیکیشن ها کار کنند. این موضوع در نرم افزارهایی همچون ویرایش ویدیو، محاسبات سنگین ریاضی، دیتابیس های بزرگ و مواردی از این دست به خوبی خود را نشان می دهد.

آرم و معماری ARMv8

پیش تر در مقاله ی «آرم چیست و چه تفاوتی با x86 می کند» به معرفی معمار ی های مختلف ARM پرداختیم و از تفاوت های آن با x86 گفتیم که در پردازنده های اینتل و کامپیوترهای شخصی مورد استفاده قرار می گیرد. اکثر پردازنده های بکار رفته در ابزارهای موبایل شامل پردازنده های ساخت سامسونگ، کوالکام، مدیاتک، راک چیپ و غیره از معماری آرم پشتیبانی می کنند. حال اگر این پردازنده ها، بخواهند ۶۴ بیتی باشند باید از معماری پایه ی ARMv8 پیروی کنند.

پیش از شروع بهتر است که علاوه بر مقاله ی «آرم چیست» مطلب دیگری با عنوان «SoC چیست؟ چه تفاوتی با CPU دارد؟» را نیز مطالعه کنید. شرکت ARM خود تولید کننده تراشه نیست و تنها معماری را در قالب گواهی های مختلف به فروش می رساند. آرم دو نوع گواهی اصلی دارد یکی گواهی معماری پایه مانند ARMv8 AArch64 که از پردازش ۶۴ بیتی پشتیبانی می کند و گواهی مهم دیگر، معماری هسته ها است که مانند Cortex-a57 بر پایه ARMv8 پیشنهاد می شوند. برخی از شرکت ها مانند سامسونگ هر دو گواهی را دریافت می کنند و در واقع خود تنها سازنده ی تراشه هستند و براساس طرح های ارائه شده توسط آرم، هسته ها را تولید می کنند. اما برخی دیگر از کمپانی ها مانند انویدیا، کوالکام یا اپل، تغییراتی را در طراحی هسته ها اعمال می کنند و تنها گواهی پایه ی آرم را تهیه می کنند. به این ترتیب پردازنده های ساخت این شرکت ها با پردازنده های دیگر کمپانی ها، تفاوت های دارد که به موجب آن، گاهی این پردازنده ها، قدرت و بازده ی بالاتری را نسبت به پردازنده های ساخته شده بر پایه معماری هسته های آرم، ارائه می کنند. از طرف دیگر اینتل و دیگر شرکت های فعال در حوزه ی x86، قرار دارند که بطور کامل از روند متفاوتی برای پیاده سازی پردازش ۶۴ بیتی بهره می برند. اینتل با وجود فناوری های خاص و موثری که طی یکی دو سال اخیر ارائه کرده هنوز سهم چندانی از بازار ابزارهای موبایل ندارد و از این رو در این مقاله کمتر به معماری آن می پردازیم. دلیل اینکه بعضی از کمپانی ها مثل شرکت های نام برده شده نسبت به طراحی اختصاصی برای هسته ها اقدام می کنند آن است که باور دارند هسته های طراحی شده توسط آن ها بازده بالاتر و مصرف انرژی کمتری نسبت به الگوهای پیشنهادی آرم دارند.

راستش را بخواهید در حال حاضر پردازنده های موبایل، بیشتر از نیاز ما، قوی هستند و به همین دلیل تولیدکنندگان نیمه هادی تلاش می کنند تا پردازنده های خود را از نظر مصرف انرژی، بهینه تر کنند تا طول عمر باتری تلفن های هوشمند و تبلت ها افزایش یابد. به همین دلیل مهاجرت به پردازنده های ۶۴ بیتی حائز اهمیت است. انویدیا در باره ی پردازنده های ۶۴ بیتی و استفاده از آن ها در اندورید اینگونه اظهار نظر کرده است:

تقریبا تمام کامپیوترهای رومیزی و لپ تاپ از سال ها قبل به پردازنده های ۶۴ بیتی مجهز شده اند. استفاده از این پردازنده ها باعث بازده ی بالاتر برای اپلیکیشن ها و دسترسی به حافظه ی حجیم تر می شود.

برای اندروید، داستان کمی متفاوت است و این موضوع بیشتر به دلیل استفاده از معماری ARMv8 اهمیت پیدا می کند. این معماری نه تنها پشتیبانی از پردازش ۶۴ بیتی را میسر می کند بلکه بهبودهای بسیاری در زمینه ی مصرف بهینه ی انرژی و بازده ی بالاتر را به همراه دارد. این موضوع حتی بر روی اپلیکیشن های ۳۲ بیتی نیز تاثیر گذار خواهد بود.

گوگل در کنفرانس I/O از اندروید L با پشتیبانی از پردازنده های ۶۴ بیتی، رونمایی کرد و این سیستم عامل در قالب اندروید ۵ آبنبات پاستیلی به زودی در دسترس قرار می گیرد. انویدیا نیز از مدت ها قبل، SoC جدید خود را با نام Tegra K1 معرفی کرده است که از پردازش ۶۴ بیتی پشتیبانی می کند.

پردازنده ی تگرا کی وان، تمام معماری ARMv8 را بکار گرفته و هر هسته ی Denver آن قادر به پشتیبانی از پردازش ۷ مسیره است. این در حالی است که پردازنده های مشابه از ۳ مسیر پردازشی بهره می برند.

در واقع در دنیای تلفن های هوشمند و ابزارهای موبایل مبتنی بر معماری آرم، آنچه در زمینه ی استفاده از پردازنده ی ۶۴ بیتی اهمیت پیدا می کند بیشتر مربوط به بهینه سازی های انجام شده در معماری ARMv8 است. اغلب پردازنده هایی که در این ابزارها استفاده می شوند مبتنی بر معماری آرم هستند و اگر پردازنده ای بخواهد در این پلتفرم از پردازش ۶۴ بیتی بهره ببرد، باید روی معماری پایه ی ARMv8 و هسته های همچون Cortex A57 و Cortex A53 طراحی شود. این معماری بهینه سازی های بسیاری در مصرف انرژی و قدرت پردازشی نسبت به معماری ARMv7 دارد که تاثیر قابل ملاحظه ای در عملکرد کلی دستگاه و طول عمر باتری نشان می دهد.

پس ابتدا این موضوع را در نظر داشته باشیم که تفاوت بین پردازنده ی ۳۲ بیتی با ۶۴ بیتی تنها در پشتیبانی از حافظه ی رم بیشتر نیست. مورد دیگر اینکه پردازنده های ۶۴ بیتی مبتنی بر معماری آرم، سریع تر و بهینه تر از پردازنده های ۳۲ بیتی این شرکت هستند. به این ترتیب حتی اگر زمان زیادی طول بکشد تا اپلیکیشن های موبایل ۶۴ بیتی شوند، باز هم ارتقاء به پردازنده ی ۶۴ بیتی یک مزیت به شمار می رود و تاثیر خود را بر روی مصرف بهینه ی انرژی و بازده ی بالاتر می گذارد. انتظار می رود سال آینده اکثر ابزارهای موبایلِ تحت اندروید، ۶۴ بیتی شوند و توسعه دهندگان نیز اپلیکیشن های خود را ۶۴ بیتی کنند.