Intel guarda a x86S, architettura solo a 64 bit. Ecco come funziona

Stando ai contenuti di un documento tecnico pubblicato a maggio 2023, è emerso che Intel ha in programma la futura semplificazione del set di istruzioni (ISA) alla base dei suoi processori. L’azienda guidata da Pat Gelsinger potrebbe chiamare x86S la nuova piattaforma capace di eseguire solamente codice a 64 bit.

Nella corsa 8, 16, 32, 64 bit, molti utenti sono passati alla versione a 64 bit del sistema operativo Microsoft già all’epoca di Windows 7. Eseguire codice a 64 bit significa che i registri del processore sono progettati per contenere e manipolare dati a 64 bit in una singola operazione.

La dimensione dei registri a 64 bit ha un impatto diretto sulle capacità di indirizzamento consentendo la gestione e l’utilizzo di un quantitativo di memoria molto più ampio ai registri a 32 bit. I vantaggi riguardano inoltre precisione e ampiezza dei dati elaborati: i registri a 64 bit possono contenere interi, puntatori o dati in virgola mobile con una precisione più elevata.

In termini di prestazioni, inoltre, l’utilizzo di registri a 64 bit può migliorare le performance delle applicazioni: alcune operazioni aritmetiche o logiche complesse possono essere eseguite in modo più efficiente utilizzando registri a 64 bit. Tuttavia, va notato che ciò dipende anche dall’implementazione specifica del processore e dalle ottimizzazioni del codice.

Da dove nasce il supporto simultaneo per le istruzioni a 32 e 64 bit

Come abbiamo visto nell’articolo sulle differenze tra 32 e 64 bit, la transizione verso i 64 bit ha coinciso con il momento storico in cui le configurazioni dei PC mainstream iniziarono a guardare a 4 GB di memoria RAM o più (un sistema operativo a 32 bit non può spingersi oltre i 4 GB di RAM).

Con l’attuale sistema operativo Windows 11, appare ragionevole che Intel voglia consegnare alla storia impostazioni architettoniche che risalgono al chip 8086 originale.

Nella nota tecnica dal titolo “Immaginando un’architettura Intel semplificata“, gli ingegneri della società di Santa Clara spiegano che per passare alla modalità a 64 bit sono richieste una serie di transizioni a livello di codice che, una volta applicate, non vengono poi più utilizzate nelle applicazioni e nei sistemi operativi moderni.

L’architettura proposta da Intel nel suo white paper completa la transizione verso i 64 bit, rimuovendo alcune modalità legacy.

I vantaggi di lavorare con chip che supportano esclusivamente i 64 bit

Spiega Intel che il modello di segmentazione fa riferimento alla gestione della memoria da parte del processore: lavorando unicamente a 64 bit, la procedura è molto più snella rispetto a quanto avviene oggi. Inoltre, con la rimozione dei ring 1 e ring 2, non più utilizzati da parte dei software attuali, si hanno benefici tangibili in termini di semplificazione del modello di protezione, di efficienza e di riduzione delle vulnerabilità.

Il modello ad anelli del processore era progettato per fornire diversi livelli di privilegi e protezione: con l’evoluzione dei sistemi operativi e delle tecnologie di virtualizzazione, l’uso di ring 1 e ring 2 è diventato obsoleto. La rimozione di questi livelli riduce la complessità del modello di protezione, semplificando l’implementazione e la gestione del sistema operativo.

Ring 1 e ring 2 richiedevano passaggi aggiuntivi e costi computazionali per passare da un anello all’altro: la loro eliminazione consente di semplificare le operazioni di transizione tra livelli di privilegio, migliorando l’efficienza generale del sistema. Ciò può portare a un migliore utilizzo delle risorse hardware e a prestazioni più elevate. Con la rimozione dei ring 1 e ring 2, viene ridotto il numero di punti di accesso e di potenziali vulnerabilità.

Rimozione degli spazi di indirizzamento oggi inutilizzati

Tra i vantaggi, gli ingegneri di Intel annoverano anche la rimozione del supporto per lo spazio di indirizzamento a 16 bit, dell’accesso alle porte di comunicazione in I/O mediante ring 3 (il livello di protezione più basso nel modello di protezione a anelli del processore), di tecnologie e tecniche ormai considerate legacy.

Intel ricorda che con il passaggio definitivo ai 64 bit, sarà comunque possibile sfruttare soluzioni avanzate basate sulla virtualizzazione per creare macchine virtuali capaci di riprodurre le configurazioni legacy utili per caricare ed eseguire i sistemi operativi e le applicazioni più datati.

x86S 1.2: Intel continua a investire sull’abbandono dei 32 bit

Nel documento tecnico, recentemente aggiornato dai tecnici di Intel, la società di Santa Clara annuncia l’arrivo di x86S 1.2, la versione più aggiornata dell’architettura con cui si vuole dare un deciso taglio al passato.

Come abbiamo visto nel confronto tra ISA x86-64 e ARM64, il set di istruzioni non conta nella battaglia fra chip moderni. Ciò che conta tanto, tra le altre cose, è il pesante fardello che architettura come x86 e ARM si portano dietro dal passato per questioni di mera compatibilità e interoperabilità.

La nuova versione 1.2 di x86S sottolinea le funzionalità rimosse: in particolare il supporto a 16 e 32 bit. Intel ha specificato che x86S offre comunque una “modalità di compatibilità a 32 bit“, ma non è ancora chiaro come possa comportarsi all’atto pratico.

Se Intel dovesse virare su x86S per le sue future CPU, ci sarà da vedere cosa farà AMD che ha svolto un ruolo cruciale nella storia della piattaforma x86. D’altra parte è stata proprio AMD a presentare l’attuale prima versione dell’ISA a 64 bit (x86-64 o AMD64), utilizzata ancora oggi.