64ビット

x86-64 （ x64、x86_64、AMD64、Intel 64とも呼ばれる）^{[注 1]は、1999年に初めて発表された}x86命令セットの64ビットバージョンです。64ビットモードと互換モードという2つの新しい動作モードと、新しい4レベルのページングモードが導入されました。

64 ビット モードと新しいページング モードにより、 32 ビットの前身で可能だったよりもはるかに大量の仮想メモリと物理メモリがサポートされ、プログラムは大量のデータをメモリに格納できます。 x86-64 では汎用レジスタも64 ビットに拡張され、その数が 8 個 (スタック管理など、一部は機能が制限されていたり固定されていたりする) から 16 個 (完全に汎用的) に拡張され、その他にも多数の機能強化が行われています。浮動小数点演算は必須のSSE2のような命令^[要出典]によってサポートされ、x87 / MMXスタイルのレジスタは通常は使用されません (ただし、64 ビット モードでも使用可能)。代わりに、128 ビットの各 16 個のベクトル レジスタのセットが使用されます。 (各レジスタには、1 つまたは 2 つの倍精度数値、1 つから 4 つの単精度数値、またはさまざまな整数形式を格納できます。) 64 ビット モードでは、命令は 64 ビットオペランドと 64 ビットアドレッシング モードをサポートするように変更されます。

アーキテクチャで定義されている互換モードにより、16 ビットおよび 32 ビットのユーザー アプリケーションを変更せずに実行し、64 ビット オペレーティング システムがサポートしている場合は 64 ビット アプリケーションと共存させることができます。^{[11] [注 2]} x86 の 16 ビットおよび 32 ビットの完全な命令セットが、エミュレーションを介さずにハードウェアに実装されたままであるため、これらの古い実行可能ファイルはパフォーマンスの低下をほとんどまたはまったく受けずに実行できます。^[13]一方、新しいアプリケーションや変更されたアプリケーションは、プロセッサ設計の新機能を利用してパフォーマンスを向上できます。また、x86-64 をサポートするプロセッサは、80286以降に保護モードをサポートする x86 プロセッサが行ってきたように、 8086との完全な下位互換性を保つために、依然としてリアル モードで電源がオンになります。

AMDによって作成され 2000 年にリリースされた元の仕様は、AMD 、 Intel、およびVIAによって実装されました。OpteronおよびAthlon 64プロセッサのAMD K8 マイクロアーキテクチャが、これを最初に実装しました。これは、 Intel 以外の企業によって設計されたx86アーキテクチャへの最初の重要な追加でした。Intel は追随せざるを得ず、AMD の仕様とソフトウェア互換性のある修正されたNetBurstファミリを導入しました。VIA Technologies は、 VIA Nanoとともに、VIA Isaiah アーキテクチャに x86-64 を導入しました。

x86-64 アーキテクチャは、一般的に 16 GiB (ギビバイト) 以上のメモリで構成されるデスクトップおよびラップトップのパーソナル コンピュータやサーバーに急速に採用されました。これは、もともと x86 アーキテクチャの代わりとなることを目的としていた、廃止された Intel Itaniumアーキテクチャ (旧IA-64 ) を事実上置き換えるものです。x86-64 と Itanium はネイティブ命令セット レベルで互換性がなく、一方のアーキテクチャ用にコンパイルされたオペレーティング システムやアプリケーションは、もう一方のアーキテクチャではネイティブに実行できません。

AMD64 ( AMDの文献やドキュメントでは「AMD 64 ビット テクノロジー」や「AMD x86-64 アーキテクチャ」とも呼ばれる) は、 IntelとHewlett-Packardが設計した、x86アーキテクチャの 32 ビット バージョンであるIA-32と下位互換性のない、まったく異なるIA-64アーキテクチャの代替として作成されました。 AMDは1999年にAMD64を初めて発表し^[14]、完全な仕様は2000年8月に公開されました^[15]。AMDはIA-64アーキテクチャへの貢献者として招待されたことはなく、いかなる種類のライセンスも得られそうになかったため、AMDは当初からAMD64アーキテクチャを、既存のx86アーキテクチャに64ビットコンピューティング機能を追加しながら、従来の32ビットx86コードをサポートする進化的な方法として位置付けていました。これは、IA-64でx86と完全に互換性のないまったく新しい64ビットアーキテクチャを作成するというIntelのアプローチとは対照的です。

最初の AMD64 ベースのプロセッサであるOpteron は、2003 年 4 月にリリースされました。

AMD64 アーキテクチャを実装している AMD のプロセッサには、Opteron、Athlon 64、Athlon 64 X2、Athlon 64 FX、Athlon II (コア数を示すために「X2」、「X3」、または「X4」が続く、および XLT モデル)、Turion 64、Turion 64 X2、Sempron (「Palermo」E6 ステッピングおよびすべての「Manila」モデル)、Phenom (コア数を示すために「X3」または「X4」が続く)、Phenom II (コア数を示すために「X2」、「X3」、「X4」、または「X6」が続く)、 FX、Fusion/APU、およびRyzen / Epycがあります。

AMD64の主な特徴は、64ビット汎用プロセッサレジスタ（ raxなど）、64ビット整数算術演算および論理演算、64ビット仮想アドレスが利用できることです。^[16]設計者はこの機会を利用して、他の改良も行いました。

64 ビット拡張機能の注目すべき変更点は次のとおりです。

64ビット整数機能

すべての汎用レジスタ(GPR) は 32ビットから 64 ビットに拡張され 、すべての算術演算と論理演算、メモリからレジスタへの演算、レジスタからメモリへの演算などは、64 ビット整数で直接実行できます。スタックへのプッシュとポップはデフォルトで 8 バイト ストライドになり、ポインタは8 バイト幅になります。

追加レジスタ

汎用レジスタのサイズが拡大したことに加えて、名前付き汎用レジスタの数が x86 の 8 個 (つまり、eax、ecx、edx、ebx、esp、ebp、esi、edi ) から 16 個 (つまり、 rax、rcx、rdx、rbx、rsp、rbp、rsi、rdi、r8、r9、r10 、 r11、r12、r13 、 r14、r15 )に増加されました。したがって、より多くのローカル変数をスタックではなくレジスタに保持したり、頻繁にアクセスされる定数をレジスタに保持したりすることが可能になり、小さくて高速なサブルーチンの引数も、より多くの範囲でレジスタに渡すことができます。

AMD64 のレジスタ数は、多くのRISC 命令セット(例: Power ISAには 32 個の GPR、64 ビット ARM、RISC-VI、SPARC、Alpha、MIPS、およびPA-RISCには 31 個の GPR) やIA-64 (レジスタ数は 128 個)などのVLIW系マシンよりもまだ少ないです。ただし、AMD64 実装には、命令セットによって公開されるアーキテクチャ レジスタの数よりもはるかに多くの内部レジスタがある場合があります (レジスタ名の変更を参照)。(たとえば、AMD Zen コアには、168 個の 64 ビット整数と 160 個の 128 ビット ベクトル浮動小数点物理内部レジスタがあります。)

追加のXMM（SSE）レジスタ

同様に、128 ビット XMM レジスタ (ストリーミング SIMD命令に使用) の数も 8 から 16 に増加します。

従来のx87 FPU レジスタ スタックは、64 ビット モードのレジスタ ファイル サイズ拡張には含まれませんが、SSE2 で使用される XMM レジスタは拡張されています。x87レジスタ スタックは、低コストの交換操作によって個々のレジスタに直接アクセスすることはできますが、単純なレジスタ ファイルではありません。

より大きな仮想アドレス空間

AMD64アーキテクチャは64ビットの仮想アドレス形式を定義しており、現在の実装では下位48ビットが使用されています。^{[11] : 120}これにより、最大256  TiB（2 ⁴⁸ バイト）の仮想アドレス空間が可能になります。アーキテクチャ定義では、この制限を将来の実装で完全な64ビットに引き上げることができ、^{[11] : 2  : 3  : 13  : 117  : 120}仮想アドレス空間を16  EiB（2 ⁶⁴バイト）に拡張できます。^[17]これに対して、x86ではわずか4  GiB（2 ^{32バイト）です。 [18]}

つまり、ファイルの領域をアドレス空間にマッピングしたりアドレス空間からマッピングしたりする必要がなく、ファイル全体をプロセスのアドレス空間にマッピングすることで、非常に大きなファイルを操作できます(多くの場合、ファイルの読み取り/書き込み呼び出しで操作するよりもはるかに高速です)。

より大きな物理アドレス空間

AMD64アーキテクチャのオリジナルの実装では、40ビットの物理アドレスが実装されていたため、最大1 TiB（2 ⁴⁰バイト）のRAMをアドレス指定できました。^{[11] : 24} AMD64アーキテクチャの現在の実装（ AMD 10hマイクロアーキテクチャ以降）では、これを48ビットの物理アドレスに拡張し^[19]、最大256 TiB（2 ⁴⁸バイト）のRAMをアドレス指定できます。アーキテクチャでは、将来的にこれを52ビットに拡張できます^{[11] : 24  [20]}（ページテーブルエントリ形式によって制限されます）; ^{[11] : 131}これにより、最大4 PiBのRAMをアドレス指定できます。比較すると、32ビットのx86プロセッサは、物理アドレス拡張（PAE）モードで64 GiBのRAMに制限され、^[21] PAEモードなしで4 GiBのRAMに制限されます。^{[11] : 4}

レガシーモードでのより大きな物理アドレス空間

レガシーモードで動作する場合、AMD64アーキテクチャは、現在のほとんどのx86プロセッサと同様に物理アドレス拡張（PAE）モードをサポートしますが、AMD64はPAEを36ビットから物理アドレスのアーキテクチャ上の制限である52ビットに拡張します。したがって、どの実装でも、ロングモードと同じ物理アドレス制限が許可されます。^{[11] : 24}

命令ポインタ相対データアクセス

命令は、命令ポインタ (RIP レジスタ) を基準にしてデータを参照できるようになりました。これにより、共有ライブラリや実行時に読み込まれるコードでよく使用される位置独立コードの効率が向上します。

SSE命令

オリジナルのAMD64アーキテクチャでは、コア命令としてIntelのSSEとSSE2を採用しました。これらの命令セットは、単精度および倍精度のデータ型に対して、スカラーx87 FPUにベクトル補足を提供します。SSE2は、8ビットから64ビットの精度までのデータ型に対して、整数ベクトル演算も提供します。これにより、アーキテクチャのベクトル機能は、当時の最も先進的なx86プロセッサと同等になります。これらの命令は、32ビットモードで使用することもできます。64ビットプロセッサの普及により、これらのベクトル機能は家庭用コンピュータで広く普及し、32ビットアプリケーションの標準の向上が可能になりました。たとえば、Windows 8の32ビット版では、SSE2命令が必要です。^[22] SSE3命令とそれ以降のストリーミングSIMD拡張命令セットは、アーキテクチャの標準機能ではありません。

非実行ビット

No-Execute ビットまたはNX ビット(ページ テーブル エントリのビット 63) を使用すると、オペレーティング システムは、仮想アドレス空間のどのページに実行可能コードを含めることができるか、またどのページに含められないかを指定できます。「no execute」タグが付けられたページからコードを実行しようとすると、読み取り専用ページへの書き込みの試行と同様に、メモリ アクセス違反が発生します。これにより、悪意のあるコードが「バッファ オーバーラン」または「未チェック バッファ」攻撃を介してシステムを制御することがより困難になります。同様の機能は、80286以降の x86 プロセッサでセグメント記述子の属性として利用できるようになりましたが、これは一度にセグメント全体でのみ機能します。

セグメント アドレッシングは長い間、時代遅れの動作モードと見なされており、現在のすべての PC オペレーティング システムは事実上これをバイパスし、すべてのセグメントをベース アドレス 0 に設定し、サイズを 4 GiB (32 ビット実装の場合) に設定しています。AMD は、リニア アドレッシング モードで no-execute を実装した最初の x86 ファミリ ベンダーです。この機能は、PAE が使用されている場合、AMD64 プロセッサおよび最近の Intel x86 プロセッサのレガシー モードでも利用できます。

古い機能の削除

x86 アーキテクチャのいくつかの「システム プログラミング」機能は、現代のオペレーティング システムでは使用されていないか、十分に使用されていないため、AMD64 のロング (64 ビットおよび互換) モードでは利用できないか、限られた形式でしか存在しません。これらの機能には、セグメント アドレッシング (ただし、FS セグメントと GS セグメントは、オペレーティング システム構造への追加ベース ポインターとして使用するために痕跡的な形式で保持されます)、^{[11] : 70}タスク状態スイッチメカニズム、および仮想 8086 モードが含まれます。これらの機能は「レガシー モード」でも完全に実装されているため、これらのプロセッサは変更なしで 32 ビットおよび 16 ビットのオペレーティング システムを実行できます。セグメント レジスタのスタックへの保存/復元、すべてのレジスタの保存/復元 (PUSHA/POPA)、10 進演算、BOUND および INTO 命令、および「far」ジャンプと即値オペランドによる呼び出しなど、ほとんど役に立たないことが判明したいくつかの命令は、64 ビット モードではサポートされていません。

64 ビット モードでは仮想アドレスは 64 ビット幅ですが、現在の実装 (および計画段階にあることがわかっているすべてのチップ) では、2 ⁶⁴バイト (16  EiB ) の仮想アドレス空間全体を使用することはできません。これは、32 ビット マシンの仮想アドレス空間の約 40 億倍のサイズになります。ほとんどのオペレーティング システムとアプリケーションは、近い将来にこれほど大きなアドレス空間を必要としないため、このような広い仮想アドレスを実装しても、アドレス変換の複雑さとコストが増加するだけで、実際のメリットはありません。そのため、AMD は、アーキテクチャの最初の実装では、仮想アドレスの最下位 48 ビットのみをアドレス変換 (ページ テーブル検索) に使用することにしました。^{[11] : 120}

さらに、AMD 仕様では、仮想アドレスの最上位 16 ビット (ビット 48 から 63) は、ビット 47 のコピー (符号拡張に似た方法) でなければならないと規定されています。この要件が満たされない場合、プロセッサは例外を発生させます。^{[11] : 131}この規則に準拠するアドレスは、「標準形式」と呼ばれます。^{[11] : 130}標準形式のアドレスは、0 から 00007FFF'FFFFFFFF まで、および FFFF8000'00000000 から FFFFFFFF'FFFFFFFF まで実行され、合計 256  TiBの使用可能な仮想アドレス空間があります。これは、32 ビット マシンの仮想アドレス空間 4 GiB の 65,536 倍の大きさです。

この機能により、後で真の 64 ビット アドレス指定に拡張しやすくなります。多くのオペレーティング システム ( Windows NTファミリを含むが、これに限定されません) は、アドレス空間の高位アドレスの半分 (カーネル空間と呼ばれる) を独自に使用し、低位アドレスの半分 (ユーザー空間) をアプリケーション コード、ユーザー モード スタック、ヒープ、およびその他のデータ領域に残します。^[23]「標準アドレス」設計により、すべての AMD64 準拠実装は、実質的に 2 つのメモリ半分を持つことが保証されます。下位半分は 00000000'00000000 から始まり、より多くの仮想アドレス ビットが使用可能になるにつれて「上方に拡大」し、上位半分はアドレス空間の先頭に「ドッキング」され、下方に拡大します。また、未使用のアドレス ビットをチェックしてアドレスの「標準形式」を強制すると、オペレーティング システムがタグ付きポインターでフラグ、特権マーカーなどとして使用することができなくなります。このような使用は、アーキテクチャが拡張されてより多くの仮想アドレス ビットを実装する場合に問題となる可能性があるためです。

x64版Windowsの最初のバージョンでは、256TiBのすべてを利用できず、ユーザー空間は8TiB、カーネル空間は8TiBに制限されていました。^[23] Windowsは、2013年10月にリリースされたWindows 8.1まで、48ビットのアドレス空間全体をサポートしていませんでした。 ^[23]

64 ビット アドレッシング モード ("ロング モード") は、物理アドレス拡張(PAE)のスーパーセットです。このため、ページサイズは 4 KiB (2 ¹²バイト) または 2  MiB (2 ²¹バイト)になります 。^{[11] : 120}ロング モードは、1  GiB (2 ³⁰バイト) のページ サイズもサポートします。^{[11] : 120} PAE モードのシステムで使用される3 レベルのページ テーブルシステムではなく、ロング モードで実行されるシステムは4 レベルのページ テーブルを使用します。PAE のページ ディレクトリ ポインター テーブルは4 エントリから 512 に拡張され、追加のページマップ レベル 4 (PML4) テーブルが追加され、48 ビット実装で 512 エントリが含まれます。^{[11] : 131} 48ビット空間全体に対する4KiBページの完全なマッピング階層は、512GiB強のメモリ（256TiB仮想空間の約0.195％）を必要とし ます。

インテルは5レベルのページテーブルを備えたスキームを実装しており、これによりインテル64プロセッサは57ビットの仮想アドレス空間をサポートできる。^[24]さらに拡張すると、64 KiBおよび2 MiBのページ割り当てサイズに対して、12ビットのページテーブル記述子と16ビットまたは21ビットのメモリオフセットを備えた完全な64ビット仮想アドレス空間と物理メモリが可能になる可能性がある。ページテーブルエントリは128ビットに拡張され、ページサイズと仮想アドレス空間サイズの追加ハードウェアフラグをサポートする。^[25]

オペレーティング システムによって仮想アドレス空間が制限される場合もあります。該当する場合は、「オペレーティング システムの互換性と特性」セクションに詳細が記載されています。

現在のAMD64プロセッサは、最大248^バイトのRAM、つまり256  TiBの物理アドレス空間をサポートしています。^[19]ただし、2020年時点では、256 TiBのRAMをサポートするx86-64マザーボード^{[アップデート]}は知られていません。^{[26] [27] [28] [29] [検証失敗]}オペレーティングシステムは、使用可能またはサポートされるRAMの量に追加の制限を課す場合があります。この点の詳細については、この記事の「オペレーティングシステムの互換性と特性」セクションで説明します。

このアーキテクチャには、ロング モードとレガシー モードという 2 つの主要な動作モードがあります。

ロングモードは、アーキテクチャが意図した主要な動作モードです。プロセッサのネイティブ 64 ビット モードと、32 ビットおよび 16 ビットの互換モードを組み合わせたものです。64 ビット オペレーティング システムで使用されます。64 ビット オペレーティング システムでは、64 ビット プログラムは 64 ビット モードで実行され、32 ビットおよび 16 ビットの保護モード アプリケーション (実行するためにリアル モードまたは仮想 8086 モードを使用する必要がないもの) は互換モードで実行されます。リアル モード プログラムおよび仮想 8086 モードを常に使用するプログラムは、それらのモードがソフトウェアでエミュレートされない限り、ロング モードで実行することはできません。^{[11] : 11}ただし、 VT-xまたはAMD-Vをサポートするプロセッサ上でロング モードで実行されているオペレーティング システムから、目的のモードで実行される仮想プロセッサを作成することにより 、このようなプログラムを起動できます。

基本的な命令セットは同じなので、保護モードの x86 コードを実行してもパフォーマンスの低下はほとんどありません。これは、基礎となる命令セットの違いにより、32 ビット コードの実行は x86 のエミュレーション (プロセスが遅くなる) または専用の x86 コプロセッサで行う必要があるIntel のIA-64とは異なります。ただし、x86-64 プラットフォームでは、64 ビット コードの追加レジスタと、コンパイラが最適化に使用できる保証された SSE2 ベースの FPU サポートにより、多くの x86 アプリケーションが 64 ビット再コンパイルの恩恵を受けることができます。ただし、暗号化アルゴリズムなど、32 ビットよりも広い整数を定期的に処理するアプリケーションでは、64 ビット レジスタを活用するために、巨大な整数を処理するコードを書き直す必要があります。

レガシーモードは、プロセッサがロングモードでないときのモードです。^{[11] : 14}このモードでは、プロセッサは古いx86プロセッサのように動作し、16ビットと32ビットのコードのみを実行できます。レガシーモードでは、最大32ビットの仮想アドレス指定が可能で、仮想アドレス空間は4 GiBに制限されます。^{[11] : 14  : 24  : 118} 64ビットプログラムはレガシーモードから実行できません。

保護モードはレガシーモードのサブモードになります。^{[11] : 14}これは、x86-64 CPU上で実行されている32ビットオペレーティングシステムと16ビット保護モードオペレーティングシステムが動作するサブモードです。^{[11] : 14}

リアルモードはプロセッサが初期化されたときの初期動作モードで、レガシーモードのサブモードです。オリジナルのIntel 8086およびIntel 8088プロセッサと下位互換性があります。リアルモードは現在、主にオペレーティングシステムのブートローダで使用されています。これは、アーキテクチャによって仮想メモリの詳細を構成してから上位モードに移行することが必要です。このモードは、従来のBIOSスタイルのインターフェイスを使用してシステムファームウェアと通信する必要があるオペレーティングシステムでも使用されます。^[30]

Intel 64 は、Intel の x86-64 実装であり、Intel 製のさまざまなプロセッサで使用および実装されています。

歴史的に、AMD は Intel のオリジナル設計を模倣した命令セットを備えたプロセッサを開発および製造してきましたが、x86-64 では役割が逆転しました。Intel は、AMDが Intel 独自の x86 プロセッサ ラインの拡張として作成した ISA を採用する立場になりました。

インテルのプロジェクトは当初、ヤムヒル^[31]というコードネームで呼ばれ ていた（オレゴン州ウィラメットバレーのヤムヒル川にちなんで）。数年間その存在を否定していたが、インテルは2004年2月のIDFでプロジェクトが進行中であると発表した。当時のインテル会長クレイグ・バレットは、これがインテルの最も秘密にされていなかった秘密の一つであることを認めた。^{[32] [33]}

インテルのこの命令セットの名称は何度か変更されている。IDFで使用された名称はCT ^[34] (おそらく^{[オリジナルの研究? ]} Clackamas Technology 、オレゴン川に由来するコードネーム)であった。数週間のうちに彼らはこれをIA-32e ( IA-32 extensions)と呼ぶようになり、2004年3月に「公式」名称のEM64T (Extended Memory 64 Technology) を発表した。2006年後半、インテルはAMDがAMD64という名称を使用したのと並行して、その実装にIntel 64という名称を使用し始めた。^[35]

Intel 64 を実装した最初のプロセッサは、2004 年 6 月のマルチソケット プロセッサXeon (コード名Nocona ) でした。対照的に、初期の Prescott チップ (2004 年 2 月) ではこの機能は有効になっていませんでした。Intel はその後、Prescott コアの E0 リビジョンを使用して Intel 64 対応の Pentium 4 の販売を開始し、OEM 市場では Pentium 4 モデル F として販売されました。E0 リビジョンでは、Intel 64 に eXecute Disable (XD) (Intel のNX ビットの名称) も追加され、当時の最新の Xeon (コード名Irwindale )に含まれていました。Intel がメインストリームのデスクトップ プロセッサで Intel 64 (当時の名称は EM64T) を正式にリリースしたのは、N0 ステッピングの Prescott-2M でした。

Intel 64 を実装した最初の Intelモバイル プロセッサは、2006 年 7 月 27 日にリリースされたCore 2プロセッサのMeromバージョンです。Intel の以前のノートブック CPU ( Core Duo、Pentium M、Celeron M、Mobile Pentium 4 ) はいずれも Intel 64 を実装していません。

Intel64 アーキテクチャを実装する Intel のプロセッサには、Pentium 4 F シリーズ/5x1 シリーズ、506、516、Celeron Dモデル 3x1、3x6、355、347、352、360、365 およびそれ以降のすべてのCeleron、" Nocona " 以降のすべてのXeonモデル、" Merom-2M "以降のすべてのPentium Dual-Coreプロセッサモデル、 Atom 230、330、D410、D425、D510、D525、N450、N455、N470、N475、N550、N570、N2600、N2800、Pentium Dのすべてのバージョン、Pentium Extreme Edition、Core 2、Core i9、Core i7、Core i5、Core i3プロセッサ、およびXeonが含まれます。 Phi 7200 シリーズ プロセッサ。

X86Sは、Intelが2023年5月に「Intel 64」製品向けに提案したx86-64の簡素化版である。^[36]この新しいアーキテクチャでは、16ビットおよび32ビットのオペレーティングシステムのサポートが削除されるが、32ビットプログラムは引き続き64ビットOSで実行される。CPUはレガシーモードを持たなくなり、64ビットロングモードで直接起動する。非ページモードを経由せずに5レベルのページングに切り替える方法がある。削除される具体的な機能は以下のとおりである。^[37]

インテルは、この変更は2008年のA20ゲートの削除と2020年のインテルファームウェアにおける16ビットおよび32ビットOSサポートの削除に続いて論理的に続くものであると考えています。レガシーオペレーティングシステムのサポートは、ハードウェアアクセラレーションによる仮想化やリング0エミュレーションによって実現されます。 ^[37]

Advanced Performance Extensions は、新しい命令と追加の 16 個の汎用レジスタに関する 2023 年の Intel 提案です。

VIA Technologiesは、CPU部門であるCentaur Technologyによる5年間の開発を経て、2008年にx86-64アーキテクチャの最初の実装を発表しました。^[38] コードネーム「Isaiah」の64ビットアーキテクチャは、2008年1月24日に発表され、^{[39] 5月29日に}VIA Nanoブランド名で発売されました。^[40]

このプロセッサは、低電力機器の効率を高めるために設計された、VIA固有のx86拡張機能を多数サポートしています。Isaiahアーキテクチャは、同等のクロック速度で、前世代のVIA Estherと比較して、整数パフォーマンスが2倍、浮動小数点パフォーマンスが4倍になると予想されています。消費電力も前世代のVIA CPUと同等になると予想されており、熱設計電力は5Wから25Wの範囲です。^[41]完全に新しい設計であるIsaiahアーキテクチャは、暗号化拡張機能を保持しながら、その前身であるVIA C7ラインでは利用できなかったx86-64命令セットやx86仮想化 などの機能をサポートするように構築されました。

2020年には、AMD、Intel、 Red Hat、SUSEの協力により、x86-64ベースラインの上にx86-64-v2、x86-64-v3、x86-64-v4の3つのマイクロアーキテクチャレベル（または機能レベル）が定義されました。^{[42] [43]}これらのレベルは、プログラマがコンパイル時の最適化を提供するためにターゲットにできる特定の機能を定義します。各レベルで公開される機能は次のとおりです。^[44]

x86-64 マイクロアーキテクチャ機能レベルは、「AMD64」命名法が使用されている設定では、AMD64-v1、AMD64-v2 ..、または AMD64_v1 .. としても見つかります。これらは x86-64-vX 命名法の同義語として使用されているので、機能的に同一です。例: Go 言語ドキュメントまたは Fedora Linux ディストリビューション。

すべてのレベルには、以前のレベルにある機能が含まれています。AES -NIやRDRANDなど、汎用計算に関係のない命令セット拡張は、レベル要件から除外されます。

ほぼ同一ではあるが、2つの命令セットには、めったに使用されない機械語命令（または状況）の意味において若干の違いがあり、それらは主にシステムプログラミングに使用される。^[47]コンパイラは通常、少なくとも通常のアプリケーションプログラムについては、違いのない実行可能ファイル（つまり、機械語コード）を生成する。したがって、これは主に、個別の特殊なシステム命令を扱わなければならないコンパイラ、オペレーティングシステムなどの開発者にとって興味深いことである。

• ソースがゼロでオペランド サイズが 32 ビットの場合、Intel 64 の命令BSFはAMD64 のものと異なる動作をする。プロセッサはゼロ フラグを設定し、宛先の上位 32 ビットを未定義のままにする。 ^[要出典]この場合、宛先レジスタの値は未定義であると Intel は文書化しているが、実際にはシリコンでは AMD と同じ動作 (宛先は変更されない) を実装している点に注意する必要がある。上位 32 ビットが保持されない可能性があるという別の主張は検証されていないが、Core 2 と Skylake についてのみ除外されており、^[48] 64 ビット Pentium 4 や低電力 Atom などのすべての Intel マイクロアーキテクチャでは除外されていない。BSR
• AMD64 では異なるマイクロコード更新形式と制御 MSR (モデル固有のレジスタ) が必要ですが、Intel 64 では32 ビット専用プロセッサから変更せずにマイクロコード更新を実装します。
• Intel 64 には、AMD64 ではアーキテクチャーとして考慮されるいくつかの MSR がありません。これにはSYSCFG、、、TOP_MEMおよびが含まれますTOP_MEM2。
• Intel 64では、64ビットモード（互換モードではない）でのみSYSCALL/が許可され、 ^[49]両方のモードで/が許可されます。 ^[50] AMD64では、ロングモードの両方のサブモードで/がありません。^{[11] : 33}SYSRETSYSENTERSYSEXITSYSENTERSYSEXIT
• 64 ビット モードでは、66H (オペランド サイズ オーバーライド) プレフィックスを持つ近接分岐の動作が異なります。Intel 64 はこのプレフィックスを無視します。命令には 32 ビットの符号拡張オフセットがあり、命令ポインターは切り捨てられません。AMD64 は命令で 16 ビットのオフセット フィールドを使用し、命令ポインターの上位 48 ビットをクリアします。
• Intel 64 ではプレフィックスを far-pointer 命令 (、、、、) で使用して、far-pointer 引数のサイズを 80 ビット (64 ビット オフセット + 16 ビット セグメント) に増やすことができます (AMD64 ではそうでREX.Wはありません) 。LFSLGSLSSJMP FARCALL FAR
• MOVSXD命令がメモリ ソース オペランドと 16 ビットのオペランド サイズで実行されると、メモリ オペランドは Intel 64 では 16 ビット読み取りでアクセスされますが、AMD64 では 32 ビット読み取りでアクセスされます。
• FCOMI/ FCOMIP/ FUCOMI/ (x87 浮動小数点比較)命令は、Intel 64 ではEFLAGSFUCOMIPの OF、SF、AF ビットをクリアしますが、AMD64 ではこれらのフラグ ビットを変更しません。
• VMASKMOVPS/ VMASKMOVPD/ VPMASKMOVD/ (AVX/AVX2 マスクされたメモリへの移動/メモリからの移動) 命令のVPMASKMOVQ場合、Intel 64 は、ゼロ マスクされたレーンに対して命令がメモリ エラー (ページ エラーやセグメンテーション エラーなど) を引き起こさないことをアーキテクチャ的に保証していますが、AMD64 ではそのような保証は提供されていません。
• Intel 64 には、浮動小数点状態 (FXSAVEおよび命令を含む) の縮小版 (したがって高速) を保存および復元する機能がありませんFXRSTOR。^{[説明が必要]}
• AMDプロセッサは、 Opteron Rev. EおよびAthlon 64 Rev. D以降、64ビットゲストの仮想化を容易にするために、Long Mode Segment Limit Enable（LMSLE）ビットを介してセグメンテーションの限定的なサポートを再導入しました。 ^{[51] [52]} LMLSEサポートはZen 3プロセッサで削除されました。^[53]
• を使用して非正規のアドレスに戻る場合SYSRET、AMD64プロセッサは一般保護違反ハンドラを特権レベル3で実行します。^[54] Intel 64プロセッサでは特権レベル0で実行されます。^[55]
• LFENCEやなどの一部のメモリ順序付け命令によって提供される順序付けの保証は、 MFENCEIntel 64 と AMD64 では異なります。
  • LFENCEIntel 64ではディスパッチシリアル化（投機フェンスとして使用できるようにする）されているが、AMD64ではディスパッチシリアル化がアーキテクチャ的に保証されていない。^[56]
  • MFENCEAMD64 では完全にシリアル化する命令 (命令フェッチのシリアル化を含む) ですが、Intel 64 ではそうではありません。

• 2006 年の Revision F ^[57]より前の AMD64 プロセッサ( DDRからDDR2メモリへの切り替えと新しいソケットAM2、F、およびS1で区別される) には、ほとんどの80486以降のプロセッサに存在する命令CMPXCHG16Bの拡張である 命令がありませんでした。 と同様に、オクタワード (128 ビット値) に対するアトミック操作が可能になります。これは、ロックフリーおよびウェイトフリー アルゴリズムで一般的な、ポインタのサイズよりも大きいデータに対して比較とスワップを使用する並列アルゴリズムに役立ちます。 がない場合、クリティカル セクションや代替のロックフリー アプローチなどの回避策を使用する必要があります。 ^[58]また、これが存在しないため、Windows 8.1 より前の64 ビットWindows では、8 TiBを超える ユーザー モードアドレス空間を持つことができません。^[59] Windows 8.1の 64 ビット バージョンでは、 命令が必要です。^[60]CMPXCHG8BCMPXCHG8BCMPXCHG16BCMPXCHG16B
• 初期のAMD64およびIntel 64 CPUにはLAHF、SAHF64ビットモードでの命令がありませんでした。AMDは、2004年10月のAthlon 64から始めて、90nm （リビジョンD）プロセッサでこれらの命令（64ビットモードも）を導入しました。 ^{[61] [62] Intelは、2005年10月に}NetBurstの0F47h以降のリビジョンで命令を導入しました。^[68] Windows 8.1の64ビットバージョンでは、この機能が必要です。^[60]
• Intel 64を搭載した初期のIntel CPUには、AMD64アーキテクチャのNXビットも欠けている。これは、2004年10月にステッピングE0（0F41h）Pentium 4で追加された。 ^[69]この機能は、Windows 8のすべてのバージョンで必須である。
• 初期のIntel 64実装ではメモリの物理アドレスが36ビット（64 GiB）であったのに対し、オリジナルのAMD64実装では40ビット（1  TiB）の物理アドレスであった。Intelは2005年3月29日に発売されたXeon MP（ Potomac ）で初めて40ビットの物理アドレスを使用した。 ^[70]この違いはユーザーに見えるISAの違いではない。2007年にAMD 10hベースのOpteronが初めて48ビット（256 TiB）の物理アドレス空間を提供した。^{[71] [72]} Intel 64の物理アドレスは、2010年にNehalem-EXで44ビット（16 TiB）に拡張され^[73]、2011年にSandy Bridge Eで46ビット（64 TiB）に拡張されました。 ^{[74] [75]} Ice Lake第3世代Xeonスケーラブルプロセッサでは、Intelは2021年に仮想アドレスを57ビット（128  PiB）、物理アドレスを52ビット（4 PiB）に増加し、5レベルのページングが必要になりました。^[76]翌年、AMD64は第4世代EPYC（Genoa）で同じものを追加しました。^[77]非サーバーCPUは、より小さなアドレス空間をより長く保持します。

TOP500が追跡しているスーパーコンピュータでは、x86 アーキテクチャの 64 ビット拡張機能の登場により、AMD と Intel の 64 ビット x86 プロセッサが、そのようなシステムで以前に使用されていたほとんどの RISC プロセッサ アーキテクチャ ( PA-RISC、SPARC、Alphaなど) と 32 ビット x86 を置き換えることができました。ただし、Intel 自身も当初、 Itaniumプロセッサで x86 を新しい互換性のない 64 ビット アーキテクチャに置き換えようとしましたが、失敗しました。

2023年現在^{[アップデート]}、Frontierと呼ばれるHPE EPYCベースのスーパーコンピュータが1位です。ARMベースのスーパーコンピュータが初めてリストに登場したのは2018年で^[79]、近年ではCPU以外のアーキテクチャのコプロセッサ（GPGPU）もパフォーマンスに大きな役割を果たしています。IntelのXeon Phi「Knights Corner」コプロセッサは、いくつかのベクトル拡張を備えたx86-64のサブセットを実装しており^{[80] 、x86-64プロセッサとともに}Tianhe-2スーパーコンピュータでも使用されています。^[81]

次のオペレーティング システムとリリースは、ロング モードで x86-64 アーキテクチャをサポートします。

2004年2月にx86-64への移植のための予備的なインフラ整備が開始された。^[82]その後、この開発は行き詰まった。開発は2007年7月に再開され^[83] 、Google Summer of Code 2008とSoC 2009の間も継続された。 ^{[84] [85]} x86-64サポートを含む最初の公式リリースはバージョン2.4であった。^[86]

FreeBSD は、2003 年 6 月の 5.1-RELEASE で、実験的なアーキテクチャとして「amd64」という名前で x86-64 サポートを初めて追加しました。これは、2004 年 1 月の 5.2-RELEASE で標準のディストリビューション アーキテクチャとして組み込まれました。それ以来、FreeBSD はこれを Tier 1 プラットフォームとして指定しています。6.0-RELEASE バージョンでは、amd64 で x86 実行ファイルを実行する際のいくつかの癖が解消され、ほとんどのドライバーは x86 アーキテクチャの場合と同じように動作します。現在、Linux 32 ビット ABI 互換性が現在動作しているのと同じ方法で、x86アプリケーション バイナリ インターフェイス(ABI) をより完全に統合するための作業が行われています。

x86-64 アーキテクチャのサポートは、2001 年 6 月 19 日にNetBSDソース ツリーに初めてコミットされました。2004年 12 月 9 日にリリースされた NetBSD 2.0 では、NetBSD/amd64 は完全に統合され、サポートされているポートです。32 ビット コードは、32 ビット システムコール用の netbsd-32 カーネル互換レイヤーを使用して、64 ビット モードでも引き続きサポートされます。NX ビットは、ページ単位の粒度 (32 ビット x86 ではセグメント単位の粒度) で非実行スタックとヒープを提供するために使用されます。

OpenBSD は、2004 年 5 月 1 日にリリースされた OpenBSD 3.5 以降、AMD64 をサポートしています。AMD がその年のプロジェクトのハッカソンに数台のマシンを貸し出していたため、ハードウェアの最初のリリース前に、AMD64 サポートの完全なインツリー実装が実現しました。OpenBSD 開発者は、 W^X機能 の簡単な実装を可能にするNX ビットのサポートのためにこのプラットフォームを採用しました。

OpenBSD の AMD64 ポートのコードは、AMD64 拡張機能のクローン使用を含む Intel 64 プロセッサでも動作しますが、Intel は初期の Intel 64 プロセッサでページ テーブル NX ビットを省略したため、それらの Intel CPU には W^X 機能がありません。後の Intel 64 プロセッサでは、NX ビットが「XD ビット」という名前で追加されました。対称型マルチプロセッシング(SMP) は、2004 年 11 月 1 日のリリース 3.6 以降、OpenBSD の AMD64 ポートで動作します。

DOSエクステンダなしでDOS上でロングモードに入ることは可能ですが^[87]、ユーザーはBIOSまたはDOS割り込みを呼び出すためにリアルモードに戻る必要があります。

DOS/4GWに似たDOS エクステンダーを使用してロング モードに入ることも可能ですが、x86-64 には仮想 8086 モードがないため、より複雑になります。DOS 自体はそれを認識せず、適切な仮想化ドライバー バックエンド (たとえば、大容量ストレージ インターフェイス) を備えたエミュレーションで DOS を実行しない限り、メリットは期待できません。

Linuxは、2001年のバージョン2.4（ハードウェアが利用可能になる前）から、x86-64アーキテクチャをロングモードで実行する最初のオペレーティングシステムカーネルでした。 ^{[88] [89]} Linuxは、32ビット実行可能ファイルを実行するための下位互換性も提供しています。これにより、32ビットプログラムの使用を維持しながら、プログラムをロングモードで再コンパイルできます。現在のLinuxディストリビューションは、x86-64ネイティブカーネルとユーザーランドとともに出荷されています。 Arch Linux、^[90] SUSE、Mandriva、Debianなどの一部では、64ビットディストリビューションメディアからインストールするときに、ユーザーが32ビットコンポーネントとライブラリのセットをインストールできるため、ほとんどの既存の32ビットアプリケーションを64ビットOSと並行して実行できます。

Linux 3.4で導入されたx32 ABI（アプリケーションバイナリインターフェース）は、x32 ABI用にコンパイルされたプログラムを、32ビットのポインタとデータフィールドのみを使用してx86-64の64ビットモードで実行することを可能にします。^{[91] [92] [93]} これにより、プログラムは4GiBの仮想アドレス空間に制限されますが、プログラムのメモリフットプリントも減少し、場合によってはより高速に実行できるようになります。^{[91] [92] [93]}

64ビットLinuxでは、個々のプロセスに対して最大128TiB の仮想アドレス空間が許可され、プロセッサとシステムの制限に応じて約64TiBの物理メモリをアドレス指定できます。^[94]または、5レベルのページングを有効にすると、最大128PiB（仮想）と4PiB（物理）になります。^[95]

Mac OS X 10.4.7 およびMac OS X 10.4の上位バージョンは、64 ビット Intel ベースのマシンで POSIX および数学ライブラリを使用して 64 ビット コマンドライン ツールを実行します。これは、Mac OS X 10.4 および 10.5 のすべてのバージョンが 64 ビット PowerPC マシンで実行しているのと同じです。他のライブラリやフレームワークは、Mac OS X 10.4 の 64 ビット アプリケーションでは動作しません。^[96] カーネルとすべてのカーネル拡張機能は 32 ビットのみです。

Mac OS X 10.5は、64ビットIntelベースマシンおよび64ビットPowerPCマシン上で、 Cocoa、Quartz、OpenGL、X11を使用した64ビットGUIアプリケーションをサポートしています。 ^[97] GUI以外のすべてのライブラリとフレームワークも、これらのプラットフォーム上の64ビットアプリケーションをサポートしています。カーネルとすべてのカーネル拡張機能は32ビットのみです。

Mac OS X 10.6は、64ビットカーネルをサポートする最初のmacOSバージョンです。ただし、すべての64ビットコンピュータが64ビットカーネルを実行できるわけではなく、64ビットカーネルを実行できるすべての64ビットコンピュータがデフォルトで64ビットカーネルを実行するわけではありません。^[98] 64ビットカーネルは、32ビットカーネルと同様に32ビットアプリケーションをサポートします。また、両方のカーネルは64ビットアプリケーションもサポートします。32ビットアプリケーションは、どちらのカーネルでも仮想アドレス空間の制限が4 GiBです。^{[99] [100] 64ビットカーネルは32ビット}カーネル拡張を サポートせず、32ビットカーネルは64ビットカーネル拡張をサポートしません。

OS X 10.8には 64 ビット カーネルのみが含まれていますが、32 ビット アプリケーションは引き続きサポートされます。ただし、32 ビット カーネル拡張はサポートされません。

macOS 10.15には64ビットカーネルのみが含まれており、32ビットアプリケーションはサポートされなくなりました。このサポートの削除により、 WineHQ（および商用バージョンのCrossOver）では32ビットWindowsアプリケーションを実行できる必要があるため、問題が発生しました。wine32on64と呼ばれる解決策は、名目上64ビットのアプリケーションでCPUを32ビット互換モードにしたり、32ビット互換モードから復帰させたりするサンクを追加することでした。^{[101] [102]}

macOS はユニバーサル バイナリ形式を使用して、32 ビット版と 64 ビット版のアプリケーションとライブラリ コードを 1 つのファイルにパッケージ化します。ロード時に最も適切なバージョンが自動的に選択されます。Mac OS X 10.6 では、ユニバーサル バイナリ形式はカーネルにも使用され、32 ビットと 64 ビットの両方のカーネルをサポートするカーネル拡張機能にも使用されます。

Solaris 10 以降のリリースでは、x86-64 アーキテクチャがサポートされています。

Solaris 10 の場合、 SPARCアーキテクチャと同様に、32 ビット カーネルと 64 ビット カーネルを含むオペレーティング システム イメージが 1 つだけあります。これは、「x64/x86」DVD-ROM イメージとしてラベル付けされています。デフォルトの動作は 64 ビット カーネルを起動し、64 ビットと既存または新しい 32 ビット実行可能ファイルの両方を実行できるようにすることです。32 ビット カーネルを手動で選択することもできます。その場合、32 ビット実行可能ファイルのみが実行されます。このisainfoコマンドを使用すると、システムが 64 ビット カーネルを実行しているかどうかを判断できます。

Solaris 11 では、64 ビット カーネルのみが提供されます。ただし、64 ビット カーネルは、32 ビットと 64 ビットの両方の実行可能ファイル、ライブラリ、およびシステム コールをサポートします。

Microsoft Windowsクライアントおよびサーバーのx64エディションであるWindows XP Professional x64 EditionおよびWindows Server 2003 x64 Editionは、2005年3月にリリースされました。^[103]内部的には実際には同じビルド（5.2.3790.1830 SP1）であり、^{[104] [105]}同じソースベースとオペレーティングシステムバイナリを共有しているため、システムアップデートもx86用のWindows 2000 ProfessionalおよびServerエディションと同様に統合パッケージでリリースされます。Windows Vistaにも多くの異なるエディションがあり、2007年1月にリリースされました。Windows 7は2009年7月にリリースされました。Windows Server 2008 R2はx64エディションとItaniumエディションのみで販売され、Windows Serverのそれ以降のバージョンではx64エディションのみが提供されています。

Windows 8.1 および Windows Server 2012 R2 より前のバージョンの Windows for x64 では、次の機能が提供されます。

• プロセスごとに 8 TiB の仮想アドレス空間があり、ユーザー モードとカーネル モードの両方からアクセス可能で、ユーザー モード アドレス空間と呼ばれます。x64 プログラムは、システムのバックアップ ストアの制限に従い、デフォルトで存在する「大規模アドレス対応」オプションでリンクされている限り、このすべてを使用することができます。^[106]これは、32 ビット Windows が提供するデフォルトの 2 GiB ユーザー モード仮想アドレス空間の 4096 倍の増加です。^{[107] [108]}
• オペレーティングシステム用のカーネルモード仮想アドレス空間は 8 TiB です。^[107]ユーザーモードアドレス空間と同様に、これは 32 ビット Windows バージョンの 4096 倍の増加です。増加したスペースは主に、ファイル システム キャッシュとカーネル モードの「ヒープ」(非ページ プールとページ プール) にメリットをもたらします。初期の AMD64 プロセッサには命令がなかったため、Windows はプロセッサによって実装された 256 TiB のうち合計 16 TiB しか使用しませんCMPXCHG16B。^[109]

Windows 8.1およびWindows Server 2012 R2では、ユーザーモードとカーネルモードの両方の仮想アドレス空間が128 TiBに拡張されています。^[23]これらのバージョンのWindowsは、命令がないプロセッサにはインストールされませんCMPXCHG16B。

次の追加特性は、すべての x64 バージョンの Windows に適用されます。

• WoW64 がそのバージョンでサポートされている場合、既存の 32 ビット アプリケーション (.exeプログラム) とダイナミック リンク ライブラリ ( .dll) をWoW64を使用して実行できます。さらに、32 ビット プログラムは、「大規模アドレス認識」オプションを使用してリンクされている場合、 ^[106] 64 ビット Windows で最大 4 GiB の仮想アドレス空間を使用できます。これは、32 ビット Windows で提供されるデフォルトの 2 GiB (/3GBブート オプションと「大規模アドレス認識」リンク オプションを使用した場合はオプションで 3 GiB) ではありません。^[110] x86 でのブート オプションの使用とは異なり/3GB、これによってオペレーティング システムで使用できるカーネル モードの仮想アドレス空間が減少することはありません。したがって、32 ビット アプリケーションは、x86-64 用に再コンパイルされていなくても、x64 Windows で実行することでメリットを得ることができます。
• 32 ビット アプリケーションと 64 ビット アプリケーションは両方とも、「大規模アドレス対応」でリンクされていない場合、2 GiB の仮想アドレス空間に制限されます。
• 最大128 GiB（Windows XP/Vista）、192 GiB（Windows 7）、512 GiB（Windows 8）、1 TiB（Windows Server 2003）、2 TiB（Windows Server 2008/Windows 10）、4 TiB（Windows Server 2012）、または24 TiB（Windows Server 2016/2019）の物理ランダムアクセスメモリ（RAM）を使用できる。^[111]
• LLP64データ モデル: C/C++ では、「int」および「long」型は 32 ビット幅、「long long」は 64 ビット幅ですが、ポインターおよびポインターから派生した型は 64 ビット幅です。
• カーネル モード デバイス ドライバーは 64 ビット バージョンである必要があります。64 ビット オペレーティング システム内で 32 ビット カーネル モード実行可能ファイルを実行する方法はありません。ユーザー モード デバイス ドライバーは 32 ビットまたは 64 ビットのいずれかになります。
• 仮想 8086 モードを使用する機能に依存していた仮想 DOS マシンサブシステム (NTVDM)が削除されたため、16 ビット Windows (Win16) および DOS アプリケーションは、x86-64 バージョンの Windows では実行されません。ロング モードで実行中は、仮想 8086 モードに入ることはできません。
• NX (No Execute) ページ保護機能の完全な実装。これは、PAE モードで起動された最近の 32 ビット バージョンの Windows でも実装されています。
• Windows NTファミリーの x86 版では FS セグメント記述子の代わりにGS セグメント記述子が使用され、2 つのオペレーティング システム定義構造 (ユーザー モードではスレッド情報ブロック (NT_TIB)、カーネル モードではプロセッサ制御領域 (KPCR)) を指します。したがって、たとえば、ユーザー モードでは はGS:0スレッド情報ブロックの最初のメンバーのアドレスです。この規則を維持することで x86-64 への移植が容易になりましたが、セグメント化されたアドレス指定自体は最近のオペレーティング システムでは実際には使用されていないにもかかわらず、AMD はロング モードで FS セグメントと GS セグメントの機能を保持する必要がありました。 [ ^107]
• 初期の報告では、オペレーティングシステムのスケジューラはスレッドのコンテキストスイッチをまたいでx87 FPU マシンの状態を保存および復元しないと主張していました。観察された動作は、これが当てはまらないことを示しています。カーネルモードのみのスレッドを除いて、x87 の状態は保存および復元されます (32 ビットバージョンにも存在する制限)。Microsoft から入手できる最新のドキュメントには、x87/ MMX / 3DNow!命令はロングモードで使用できるが、非推奨であり、将来的に互換性の問題を引き起こす可能性があると記載されています。^[110]PREFETCH (3DNow! は、および命令を除いて AMD プロセッサでは使用できなくなりました。 ^[112]PREFETCHWこれらの命令は、Broadwellの時点で Intel プロセッサでもサポートされています。)
• Jetデータベースエンジンやデータアクセスオブジェクトなどの一部のコンポーネントは、x86-64やIA-64などの64ビットアーキテクチャには移植されません。^{[113] [114] [115]}
• Microsoft Visual Studio は、ネイティブ アプリケーションをコンパイルして、64 ビット Microsoft Windows でのみ実行できる x86-64 アーキテクチャ、または 32 ビット Microsoft WindowsまたはWoW64エミュレーション モードで 64 ビット Microsoft Windows で 32 ビット アプリケーションとして実行できるIA-32アーキテクチャのいずれかをターゲットにすることができます。マネージド アプリケーションは、IA-32、x86-64、または AnyCPU モードのいずれかでコンパイルできます。最初の 2 つのモードで作成されたソフトウェアは、それぞれ IA-32 または x86-64 ネイティブ コードのように動作します。ただし、AnyCPU モードを使用する場合、32 ビット バージョンの Microsoft Windows のアプリケーションは 32 ビット アプリケーションとして実行され、64 ビット エディションの Microsoft Windows では 64 ビット アプリケーションとして実行されます。

PlayStation 4とXbox Oneは、Jaguar マイクロアーキテクチャに基づくAMD x86-64プロセッサを使用しています。^{[116] [117]}ファームウェアとゲームはx86-64コードで書かれており、レガシーx86コードは含まれていません。PlayStation 5とXbox Series X/Sは、Zen 2マイクロアーキテクチャに基づくAMD x86-64プロセッサを使用しています。^{[118] [119]} Steam Deckは、Zen 2マイクロアーキテクチャに基づくカスタムAMD x86-64アクセラレーテッドプロセッシングユニット（APU）を使用しています。^[120]

AMD64とIntel 64は実質的に類似しているため、多くのソフトウェアおよびハードウェア製品では、両方の実装との互換性を示すためにベンダー中立の用語が使用されています。AMDがこのプロセッサアーキテクチャに最初に付けた「x86-64」という名称は、今でもこの目的で使用されています^[2]。また、その変種である「x86_64」も使用されています^{[3] 。 [4]} Microsoft ^[6]やSun Microsystems / Oracle Corporation ^[5]などの他の企業は、マーケティング資料で「x64」という短縮形を使用しています。

IA-64という用語はItaniumプロセッサを指し、完全に異なる命令セットであるため、x86-64 と混同しないでください。

多くのオペレーティング システムと製品、特に Intel が市場に参入する前に x86-64 サポートを導入したものでは、AMD64 と Intel 64 の両方を指すために「AMD64」または「amd64」という用語が使用されています。

• 64ビット
  • FreeBSD、MidnightBSD、NetBSD、OpenBSDなどのほとんどのBSDシステムでは、アーキテクチャ名「amd64」で AMD64 と Intel 64 の両方を参照します。
  • Debian、Ubuntu、Gentoo Linuxなどの一部のLinux ディストリビューションでは、アーキテクチャ名「amd64」で AMD64 と Intel 64 の両方を参照します。
  • Microsoft Windowsの x64 バージョンでは、このアーキテクチャを使用するか、このアーキテクチャと互換性のあるさまざまなコンポーネントを指定するために、内部的に AMD64 という名称が使用されています。たとえば、環境変数PROCESSOR_ARCHITECTURE には、32 ビット バージョンでは "x86" であるのに対し、32 ビット バージョンでは "AMD64" という値が割り当てられ、Windows x64 エディションのインストール CD-ROM 上のシステム ディレクトリの名前は、32 ビット バージョンでは "i386" であるのに対し、"AMD64" となっています。^[121]
  • Sun のSolarisのisalistコマンドは、AMD64 ベースと Intel 64 ベースの両方のシステムを「amd64」として識別します。
  • Java 開発キット(JDK): x86-64 ファイルを含むディレクトリ名には「amd64」という名前が使用されます。
• 64ビット
  • Linuxカーネル[ ^122]とGNUコンパイラコレクションでは、64ビットアーキテクチャを「x86_64」と呼んでいます。
  • Fedora、openSUSE、Arch Linux、Gentoo Linuxなどの一部の Linux ディストリビューションでは、この 64 ビット アーキテクチャを「x86_64」と呼びます。
  • Apple macOSでは、ターミナルコマンドarch^[3]や開発者向けドキュメント[ ^{2]に記載されているように、64ビットアーキテクチャを「x86-64」または「x86_64」と呼んでいます。 [4]}
  • 他のほとんどの BSD システムとは異なり、DragonFly BSDでは 64 ビット アーキテクチャを「x86_64」と呼びます。
  • Haiku では、 64 ビット アーキテクチャを「x86_64」と呼びます。

x86-64/AMD64はAMDが独自に開発した。関連特許の有効期限が切れる2021年4月まで、AMDはAMD64で使用されている技術の特許を保有していた。 ^{[123] [124] [ 125]} AMD64を実装するには、それらの特許をAMDからライセンス供与する必要があった。IntelはAMDとクロスライセンス契約を締結し、既存のx86技術に関する特許をAMDにライセンス供与し、x86-64で使用される技術に関する特許をAMDからライセンス供与した。^[126] 2009年、AMDとIntelはいくつかの訴訟とクロスライセンスの不一致を解決し、クロスライセンス契約を延長した。^{[127] [128] [129]}

• AMD 汎用カプセル化ソフトウェア アーキテクチャ(AGESA)
• 投機的実行CPUの脆弱性

• AMD 開発者ガイド、マニュアル、ISA ドキュメント
• x86-64: x86 アーキテクチャを 64 ビットに拡張 - AMD64 のアーキテクトによる技術講演 (ビデオ アーカイブ)、および同じ講演者による 2 回目の講演 (ビデオ アーカイブ)
• AMDの「強化されたウイルス保護」
• Intel が EM64T を微調整して AMD64 との完全な互換性を実現
• アナリスト：Intel が AMD64 をリバースエンジニアリング
• Intel IA32eとAMD64の違いに関する初期レポート
• GCC Summit 2003の Andreas Jaeger による「64 ビット GNU/Linux システムへの移植」。32ビットから 64 ビットへの移行に関するほぼすべての実用的な側面を説明した優れた論文です。
• Intel 64 アーキテクチャ
• Intel ソフトウェア ネットワーク:「64 ビット」
• TurboIRC.COM チュートリアルには、DOS から保護モードとロング モードに入る方法の例が含まれています。
• プログラムを 64 ビット システムに移行する 7 つの手順
• Windows リリースのメモリ制限