16bit／32bitサポートの“終息”でより高性能なCPUを――Intelが64bitオンリーの「X86-Sアーキテクチャ」の仕様を初公開　意見募集中：32bitアプリは64bitモードで動作

　Intelが、開発者向けサイトにおいて新しいCPUアーキテクチャ「X86-S」の仕様書の初版（リビジョン1.0）を公開した。ハードウェアとソフトウェア（主にUEFIやOS）双方のシンプル化を推進すべく、このアーキテクチャでは16bit／32bitで動作する機能を省略しており、電源が投入された当初から64bitモードで稼働する。

　同社では今後、CPUをX86-Sアーキテクチャに移行する方針を示しており、本アーキテクチャ（仕様書）に対する意見も募集している。

X86-Sの概要

　Intelは2004年、64bit命令（x64／Intel 64）をサポートするx86 CPUを初めてリリースした（参考記事）。それ以来、64bit命令に対応するCPUのラインアップは広がっていき、現行のx86 CPUで64bit命令に対応“しない”ものは存在しない。

　主要な一般PC向けOSでも、2005年に64bit命令をサポートする「Windows XP x64 Edition」が登場した。それ以来、Windowsは32bit版と64bit版の2本立てでリリースされてきたが、2021年にリリースされた「Windows 11」では、ついに32bit版が“廃止”された。

　一方で、過去のx86アーキテクチャ向けOSやアプリケーションとの互換性を確保する観点から、現行のx86 CPUは16bit／32bit命令を引き続きサポートしている。16bit命令はx86アーキテクチャのルーツである「8086プロセッサ」から約45年、32bit命令は「80386プロセッサ」から約38年間“残存”し続けていることになる。

　厳密にいうと、2004年に64bit命令に対応したCPU以降は「仮想86モード（VM386）」をサポートしておらず、2008年以降にリリースされたCPUは「A20ゲート」を備えていない。そのため、これらに依存するOSやアプリケーションは、原則としてエミュレーターを介さないと動作しない。

　さらに、Intelが2020年以降に提供している各種ファームウェアは、16bit／32bit動作をサポートせず、UEFIブートできない（≒BIOSまたはCSMでのみブートできる）OSをサポートしない。

　このように、20年近くかかったが、PCは「64bitオンリー」でも困らない環境が整いつつある。そしてx86プロセッサにおける16bit／32bit命令のサポートは“不要”な状態となった。

　CPU自体の性能向上もあり、16bit／32bit CPU（や旧来のBIOS）が必要なOSやアプリを動かす場合は、基本的にはエミュレーターを介せば何とかなる面もある。

　そこで、X86-SアーキテクチャではCPUが16bit／32bitで動作するモードを省く。そのため、電源を入れた（リセットした）瞬間から64bitモードで稼働する。

　従来は電源を入れた（リセットした）直後のx86 CPUは16bitモードで稼働し、そこから32bitモードに切り替えてからさらに64bitモードへと切り替え、あるいは16bitモードから64bitモードに切り替えという動作が必要だった。

　X86-Sアーキテクチャでは、このようなモード切り替えが不要となるため、CPUの構造や命令をシンプルにできる。その分だけ、CPUの純粋な性能アップに注力しやすくもなる。

　その他、X86-Sアーキテクチャでは、主に以下の仕様変更が行われる見通しだ。

• 32bitアプリの部分サポートに、64bit向けの簡略化された部分モデルを利用する
• 最近のアプリではほとんど使われないリングプロテクション（リング1／リング2）と、「ゲート」のような旧来のセグメンテーション機能を削除
• 16bitアドレッシング機能を削除
• リングプロテクション（リング3）を使った入出力ポートへのアクセス機能を廃止
• CPU I／Oモデルに基づくストリングポート入出力の廃止
• APIC（割り込みコントローラー）を利用する場合は「X2APIC」限定とする（Intel 8259を廃止）
• OSモードビットのうち、使われなくなったものを削除