解説

64bitプロセッサ新時代の投資術

2. IA-32eアーキテクチャの将来

デジタルアドバンテージ
2004/03/02

IA-32eアーキテクチャとItaniumプロセッサ・ファミリ（IPF）とのすみ分けは？

　既存の32bitアプリケーションの資産を生かしつつ、64bitアプリケーションへの移行を考えている場合は、IA-32eアーキテクチャが望ましい。一方、IPFは基幹業務や大規模データベース、構造解析などを含む科学技術計算など、64bitアプリケーションで性能を発揮する。つまり64bitアプリケーションの依存比率が高い用途ではIPF、それ以外はIA-32eということになるだろう。

なぜIntelはAMD64互換を採用したのか？

　Intelは、AMD64アーキテクチャと異なる方法で64bit化するという選択肢もあったはずだ。しかし、すでにAMDがIA-32アーキテクチャをベースとした64bit拡張を行っているため、市場の混乱を避けたい、という理由があったのかもしれない。もちろん、Intelが異なる方法で64bit化を実施していれば、市場シェアなどを考えるとAMD側はIntelの方式に追従せざるを得ない。AMD64アーキテクチャに賭けているAMDとしては、大きな打撃を受けることは間違いない。場合によっては、大幅にシェアを落とすことも考えられる。PC向けプロセッサの80％近いシェアを持つIntelが、このような動きをした場合、独占禁止法の訴追を受ける可能性もある。

　また、OSベンダの最大手、Microsoftからの強い要望に応じたという面もあるだろう。Microsoftは、64bit向けOSとしてIPF向けにWindows XPとWindows Server 2003をリリースしている。加えて、当面それほど多くの出荷が望めないAMD64アーキテクチャ向けと、IA-32eアーキテクチャ向けのWindowsを別々に提供し、サポートするのはマイクロソフトにとって望ましい展開ではないのは明らかだ。前述のようにAMD64アーキテクチャとIA-32eアーキテクチャが異なれば、結果的にIA-32eアーキテクチャのみが残ることになりそうだ。そうなった場合、Microsoftとしては、サーバ向けOSとしてLinuxも推進しているIntelの影響力が大きくなり望ましくない。Intelは、Microsoftと何らかの取引を行い、AMD64アーキテクチャ互換にすることを決めたのではないだろうか。

64bitモードのデバイス・ドライバは専用が必要？

　x64アーキテクチャにおいて、64bitモードを利用するには専用のOSと、そのOSに対応した64bitモード対応のデバイス・ドライバが必要になる。すでにNVIDIAやATI Technologiesなどは、x64アーキテクチャ対応のグラフィックス・ドライバを提供することを表明している。ただPCのハードウェアには、x64アーキテクチャの普及と同じくして、PCIからPCI Expressへの移行など大幅な革新が控えている。周辺機器の多くは、IntelがクライアントPC向けにx64アーキテクチャ対応プロセッサを投入してから、x64アーキテクチャに対応することになるだろう。

OSの対応状況は？

　Red HatやSuSE、Turbolinuxなどが、すでにAMD64対応のLinuxの提供を開始している。IA-32eアーキテクチャの対応についても、順次行われるものと思われる。

　AMD64アーキテクチャ対応のWindows Server 2003／Windows XPは、すでにベータ・テストが行われており、Windows XPに関してはMicrosoftのダウンロード・サイトからだれでもダウンロード可能となっている（マイクロソフトの「AMD64対応版Windows XPのダウンロード・ページ」）。Windows Server 2003はService Pack（SP） 1のリリース時、Windows XPはSP2のリリース時に合わせて正式にx64アーキテクチャの対応を行うとしている。どちらも2004年後半のリリースとなりそうだ。

IA-32eアーキテクチャのクライアントPCへの適用は？

　AMDは、すでにクライアントPC向けとしてAMD Athlon 64を出荷している。一方、IntelはIDF Spring 2004の基調講演において、当面はサーバ向けに提供するとしている。これは、クライアントPC向けとして主に利用されると思われる64bit版Windows XPのリリースが2004年夏ごろであり、x64アーキテクチャ対応アプリケーションのリリースがさらに先になることを理由として挙げている。つまり、クライアントPC向けにIA-32eアーキテクチャを採用しても、その機能を生かすアプリケーション環境が揃うまでには時間がかかるからだ。

　また、前述のようにx64アーキテクチャ対応のデバイス・ドライバが必要となるため、クライアントPCで利用するには周辺機器の対応が必要になる。一方、サーバでは、データベースや構造解析ソフトウェアなどのいくつかのアプリケーションが対応することで十分にx64アーキテクチャが活用できる。デバイス・ドライバについても、クライアントPCに比べて限定した対応で済む。IA-32eアーキテクチャ採用のクライアントPC向けプロセッサのリリースは、2005年以降になるだろう。

IPFはハイエンド・サーバのみで利用されるのか？

　Intelは、IPFの性能向上のペースがムーアの法則の2倍以上になるとしている。一方、IA-32アーキテクチャではほぼムーアの法則に沿った性能向上（1.1倍程度）になるという。ムーアの法則は、18カ月から24カ月で集積されるトランジスタ数が2倍になるという経験測である。法則自体は、必ずしも性能向上を示すものではない。しかし、トランジスタ数の増加は、製造プロセスの微細化とも連動しており、性能向上とも比例する。

　IPFの性能が大幅に向上した場合、数年後にはx86命令のソフトウェア・エミュレーション機能であるIA-32ELを利用しても、その時点のIA-32eアーキテクチャ採用のIntel Xeonの性能を超える可能性がある。消費電力や価格の面で、クライアントPC向けにIPFを採用することは難しいかもしれないが、ワークステーションやサーバではIA-32eアーキテクチャからIPFへの移行が行われる可能性もあるだろう。もちろん、IA-32eアーキテクチャも、マイクロアーキテクチャの改良などにより、ムーアの法則を超えた大幅な性能が実現するかもしれない。ただ、どちらにしてもIPFがハイエンド・サーバのみに用途が限定されるわけではないことは覚えておいた方がいいだろう。

なぜIntelは2種類の異なる64bitアーキテクチャを提供するのか？

　IPFは、過去との互換性をある程度犠牲にしても、将来にわたって継続的に性能向上が可能なように開発された。IA-32アーキテクチャは、過去との互換性を維持しながら拡張を続けているため、命令体系などが複雑な構造となっている。このIA-32アーキテクチャをベースに64bit化しても、さらに命令体系などが複雑になり、既存の性能向上レベルを上回って引き上げることは難しいとされている。

　64bit化をいいタイミングとして、過去とのしがらみを清算することで、既存の性能向上レベルを大幅に上回る性能向上を目指そう、というのがIPFの目論見である。そのためIPFは、32bitアプリケーションも動作するものの、その性能や機能面（SSE2命令が未サポートなど）で一部制約が生じる。当然ながら、32bitアプリケーションを多用するような用途には向かないため、現状では64bitアプリケーションの利用を主体とするデータベース・サーバや科学技術計算サーバなどの用途に限定されているのが現状だ。

　では、なぜIA-32eアーキテクチャを投入することにしたのだろうか。1つは、PCの搭載メモリ量が順調に増大しており、それが近いうちに32bitの物理アドレス空間（4Gbytes）を超えることが予想されるためだ（実際、ハイエンドのx86マルチプロセッサ・システムでは、すでに4Gbytesを超えてしまっている）。Intel Xeonなどのサーバ向けプロセッサは、「Extended Server Memoryアーキテクチャ」と呼ぶ拡張により、36bitの物理アドレスをサポートしており、64Gbytesまでのデータ空間を扱うことができる。ただ、それでも64Gbytesでしかなく、数年のうちに限界に達することは間違いない。その前に根本的な解決が必要、というのがIA-32アーキテクチャを64bit化する主な理由だと思われる。

　そのためIA-32アーキテクチャの64bit化は、IPFとは異なり、互換性を維持することが必須条件である。つまり、積極的に64bit化を推進するというよりも、既存の32bit環境を生かし、徐々に64bit環境へと移行しようというのがIA-32eアーキテクチャなのである。ファイル・サーバやWebサーバ、アプリケーション・サーバといった、これまでのIA-32アーキテクチャが利用されてきた用途において、引き続きIA-32eアーキテクチャが使われることになるだろう。