x86-64 (auch AMD64 oder Intel 64) ist die dominierende Prozessorarchitektur für Desktop-PCs, Notebooks, Workstations und Server. Sie erweitert den klassischen 32-Bit-x86-Befehlssatz (CISC) um 64-Bit-Register und einen größeren Adressraum — und bleibt dabei vollständig abwärtskompatibel zu älterer Software.
Entstehung: AMD64 gegen Itanium
Die x86-Geschichte begann 1978 mit dem 16-Bit-Prozessor 8086, 1985 folgte mit dem 80386 der 32-Bit-Modus (IA-32). Ende der 1990er-Jahre entwickelte AMD als erste Firma eine 64-Bit-Erweiterung des x86-Befehlssatzes: AMD64 (angekündigt 1999, erste Prozessoren 2003 mit Opteron und Athlon 64). Intel setzte zunächst auf die völlig neue, nicht kompatible IA-64-/Itanium-Architektur, die sich am Markt nicht durchsetzen konnte. Daraufhin lizenzierte Intel die AMD-Erweiterung und vermarktet sie als Intel 64 (früher EM64T, ab 2004). Beide Implementierungen sind weitgehend identisch — bis heute ist x86-64 der gemeinsame 64-Bit-Standard.
Technik
- Register: 16 allgemeine 64-Bit-Register (RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP sowie R8–R15) statt zuvor 8 Registern (Registerbank).
- Adressraum: 64-Bit-Adressen; reale CPUs nutzen aktuell 48-Bit-Virtual-Adressen (256 TiB), neuere Server auch 57 Bit. Der virtuelle Speicher wird über die MMU mit Seitentabellen verwaltet.
- Long Mode: Im 64-Bit-Betrieb (Long Mode) läuft ein Kompatibilitätsmodus für 32-Bit-Anwendungen; 16-Bit-Code wird weiterhin im Protected Mode ausgeführt — Abwärtskompatibilität seit 1978.
- Umsetzung: Der komplexe CISC-Befehlssatz wird intern in einfache Mikrooperationen zerlegt (Mikrocode), die von superskalaren Kernen mit Out-of-Order-Execution und spekulativer Ausführung abgearbeitet werden; Hyper-Threading nutzt die Kerne als zwei logische CPUs.
- SIMD: Die Erweiterungen SSE, AVX und AVX-512 arbeiten auf mehreren Daten gleichzeitig (SIMD).
Plattform und Ökosystem
x86-64-Prozessoren sitzen in standardisierten CPU-Sockeln und sind über das Bussystem mit Chipsatz, Arbeitsspeicher und Peripherie verbunden. Die Virtualisierungserweiterungen AMD-V und Intel VT-x machen x86-64 zur Standardplattform für Hypervisoren und Cloud-Server.
Vergleich mit ARM
Während ARM-Prozessoren als RISC-Designs mit niedrigem Stromverbrauch den Mobilbereich dominieren, punktet x86-64 mit höherer Einzelsequenz-Leistung und jahrzehntelangem Software-Bestand. Der Instruktionssatz bleibt die zentrale Unterscheidung: komplexe Befehle (CISC) bei x86 gegen einfache, gleich lange Befehle (RISC) bei ARM.