理論上 CPU 字長上限是多少位元組，1M 可不可能？

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假如想設計1M位元組字長的cpu晶元，物理學上有沒有可能？
從實際應用估計，CPU以後最大會增加到多少位元組？(還是說儘可能保持短，除非遇到32位地址空間太小之類的問題才增加？)

理論上肯定是有可能的。

因為字長的大小跟CPU的製程沒有太大關係，所以不會碰到量子學的障礙，理論上多大的字長都可以。

實際上困難在於設計和製造上。

1Mbit的字長，那麼一個寄存器就要有1024*1024位，這麼大的一個寄存器，如何保持信號的穩定性是個大難題，CPU對外的匯流排寬度也會大的離譜，這麼寬的匯流排如何保持信號穩定並且互相不干擾實在是太難了。我能想到的辦法是降速。

為什麼現在不少高速設備都是串列的，比如USB，比如SATA，因為串列傳輸在高速模式下各條線的干擾非常小。並行傳輸需要同步，高頻傳輸時各條線之間干擾極大。所以如果是1Mbit的字長，我覺得可以考慮把傳輸頻率降低到1KHz左右了。

CPU內部的信號頻率極高，在這種情況下，如果要保證如此大字長的信號穩定、同步傳輸，那麼設計上的困難是非常大的，一點點的擾動可能產生的危害就是致命的。

而且寄存器都這麼大了，那麼ALU和各級緩存肯定都不小了，那麼一個晶元的尺寸肯定也不會小了，製造成本肯定也不小，所以肯定困難重重啊。還有，要不要cache呢？cache起碼得是寄存器長度的整數倍，一個寄存器就是1Mbit，那一個cache起碼得要幾十到幾百倍個寄存器的寬度吧，真無法相信cache的面積得多大……

而且，地址線+數據線，加起來得有幾百萬個吧，CPU的引腳得多少才夠用呢？這麼多引腳，板子得做的多大才夠用呢？

我的結論是：能是肯定能的，但未必實用，速度未必就很快，製造和設計肯定會十分困難。

根據題主補充的問題，我也做一個補充，最長用多大的字長肯定是綜合考慮效率和成本，如果晶元的核心尺寸能大幅度提高，晶元設計和製造成本能大幅度降低，那麼肯定會有人設計更大的字長。大字長可以帶來更快的計算速度，但如果計算速度帶來的效益不足以抵消設計成本，那麼大字長的晶元就不會普及。所以簡單的說，應該就是夠用就好了。

完全可能。CPU字長表示其執行的指令的位寬。分為操作碼和操作數兩個部分。操作碼只需要在眾多指令集中(也就100多個)區分出是哪條指令就行，有8bit就夠用。剩下100萬bit都是操作數的話，不知道要塞多少個多大的數才能塞滿，不然多浪費CPU的如此強悍的位寬處理能力。

物理上看，給你28nm製造工藝，最小線寬為28nm，那麼晶體管最小尺寸為56nm。約成50nm。一個周期處理1M的數據，該數據從寄存器中一次性讀出，採用最簡單的D觸發器寄存數據，一個D觸發器至少需要要3個NMOS和PMOS。考慮到布局，只計算NMOS寬度，那麼1M的數據存儲光是NMOS寬度就達到15cm(3M*50*10的-9次方)。這還沒考慮布線所佔面積跟實際處理電路，只考慮寄存數據(多數指令的第一步就是從寄存器中取數據運算)，只能說太浪費了。

機器字長這個東西在硬體設計上來說主要會影響兩個東西，一個叫做位寬，涉及到寄存器和執行器，比如alu的構建寬度，另一個就是匯流排寬度了。二者其中位寬是硬性要求的，如果你是1m寬度，那就真的一個寄存器需要1m個d觸發器存在。而1m的alu理論上來說也不是不能設計出來，但是難度會非常大，比較可行的是分段實現，不過效率會很低且中間緩存寄存器會非常多。匯流排寬度的話並不是硬性的，往往可以採用分時復用的方式減少寬度，但是這樣就需要兩個通信者都有串並轉化邏輯和緩存，每個寄存器之間如果都這麼通信那效率就很低了，而且邏輯會很複雜。外部引腳其實也跟匯流排是一樣的，不需要非得跟位寬一樣，但是短了效率肯定低。其實32的x86匯流排寬度是36位的(是的，並不是32位處理器不能支持4g以上內存，這隻跟地址線有關係，安藤IA32支持4g內存都是上個世紀的事情了，而造成這種錯誤映像的是win intel聯盟的人為限制而已。這裡面事很多，就不細說了)，但是早在486年代外部內存地址線一直都是16位寬的，怎麼用呢，分時復用唄。現在的各種串列匯流排不過是分時復用的極致罷了，不過現在的串列是為了高頻減少串擾。
所以理論上來說可以實現，但是實際來說非常難。
硬體的設計其實跟其要達到的目的和成本相關，這就決定了其實字長設計這個東西沒有硬性的要求，比如現在8086的soc工控片子也有人用啊，因為洗衣機裡面用32寬度的不是不行，是貴了沒人買啊。而我見過比較長的是有些dsp裡面的一些邏輯的字長，我上學做項目里那個1024的FFT還真是1024寬的哦，當然了這種都是專用處理器。
其實字長也是活的，並不是一個cpu裡面就是這麼長，用過sse mmx的就知道，sse寄存器都是128寬的。
就現在通用處理器來說，64位是一個比較好的平衡點了，但是在長可能就沒有必要了，想想當年的ps2, NB到不可一世的128字長和超高速sram現在看起來實際上說是個gpu更貼切，當cpu實在沒有必要。
字長從軟體上來說其實用出也有限，除非涉及到科學計算，音視頻編解碼等等計算密集型場景，否則很難體現出他的好處，而字長過長帶來的明顯壞處就是內存的浪費，因為全部指針的長度跟字長一致，字長翻番這個也翻。類似的還有pading問題。

1MByte的單字長度=8Mbit。這麼長的字，我就問問引腳打算出多少根？。。。別跟我說串列哈，一個並行引腳都滿足不了的話，這基本就是個廢U~~

我給個形象的比喻，excel07中有個控制小數位的按鍵，你是不需要不停的按它來增加精度的。討論cpu的並行性和功耗/性能的取捨是現時要點。128位都不知道在os和cpu廠商的roadmap里哪裡呢！