Intelの新しいX86-S：技術的負債の削減とFREDへの移行

目次

1. イントロダクション
2. Intelの64ビット専用ドキュメントについて
3. ユーザーモードの変更はない
4. ブート時の変更とセキュリティ
5. ユーザーへの影響とターゲットユーザー
6. プランとしてのドキュメント内容
7. x86アーキテクチャの技術的負債
8. デザインの簡素化とホームブリューOS
9. セキュリティ対策とRingの削除
10. 性能とメモリアクセスの改善
11. Fredとの統合予測とタイムライン

Intelの64ビット専用ドキュメントについて

🔍 イントロダクション

Intelが64ビット専用のドキュメントを発表しましたが、実際には「64ビットのみ」と言っても厳密にはそのようなものではありません。一部の報道ではそう伝えられていますが、ユーザー側にはほとんど変化はありません。32ビットのプログラムは引き続き動作します。変更があるのはブート時のレベルで、セキュリティ面が関係しています。

✅ ユーザーモードの変更はない

32ビットから64ビットへの移行によるユーザーモードの変更はありません。ユーザーが使っているコンピューターでは基本的に何も変わりません。32ビットのプログラムは引き続き動作します。変化があるのは、コンピューターの起動時において最も低いレベルでの変更です。ここでいう変更とは、コンピューターの起動方法を指しています。

❓ ブート時の変更とセキュリティ

🔒 ブート時の変更はセキュリティに関連しています。Intelはセキュリティ強化の一環として、直接「longモード」または64ビットモードにブートするように変更しました。以前は、16ビットから32ビットのプロテクトモードにブートし、そして64ビットのlongモードに切り替えていました。この変更により、セキュリティ面でのリスクを低減することができます。

❗️ ユーザーへの影響とターゲットユーザー

この変更は、ユーザーが直接感じるものではありません。そのため、一般のユーザーにはほとんど影響はありません。しかし、この変更は主に「検証エンジニア」や「CPUが正常に機能することを確認する人々」向けのものです。また、デザインの簡素化も目的の一つです。x86アーキテクチャの技術的負債についてもこのドキュメントでは言及されています。

✅ プランとしてのドキュメント内容

このドキュメントは、64ビット専用のドキュメントとしてだけでなく、現在の割り込み構造を置き換える「Fred」という新しい構造を導入する予定です。この新しい構造は、x86の既存のIOリング（リング0、1、2、3）を完全に削除し、16ビットおよび32ビットの保護モードや16ビットアドレス指定も廃止します。

ℹ️ x86アーキテクチャの技術的負債

この変更は、x86アーキテクチャの技術的負債に対処するものです。32ビットと64ビットの間には、実際の命令セットには大きな変更がありませんが、保護モードやリアルモード、8086モードなどがあるため、技術的負債として認識されています。

✅ デザインの簡素化とホームブリューOS

この変更には批判的な意見もあります。特に「ホームブリューOS」のブートローダーの開発者からの反発が大きいです。彼らは長年にわたってインテルの方式に慣れていたため、これまでのやり方を変更する必要があります。この変更は、多くの面で必要な変更だと言えますが、それでも一部の人々には受け入れられていません。

⚖️ プロ、コン：この変更についての利点と欠点はありません。ユーザーにはほとんど影響がないため、利点や欠点は主に開発者や技術者に関連しています。

💡 セキュリティ対策とRingの削除

この変更はセキュリティ上の対策でもあります。例えば、悪意のあるドライバーがリング0からリング3へとエスカレートすることにより、カーネルに深刻な影響を与えることを防ぐために、リング1とリング2を完全に削除します。これにより、セキュリティ上のリスクを軽減することができます。

❓ 性能とメモリアクセスの改善

この変更により、性能に直接的な影響はありませんが、これによってIntelはさらなるページサイズの追加が可能になります。例えば、Appleが採用している16kページなど、従来の4kページに加えてさまざまなページサイズをサポートすることができます。また、5層のページもサポートされます。これにより、大きな領域を一度にアクセスすることができ、メモリアクセスの改善が図られます。

✅ フレッドとの統合予測とタイムライン

この変更により、Intelは将来的により多くのページサイズを追加できる可能性があります。Fredとの統合が実現すれば、LinuxなどのOSにおいてもより効率的なメモリアクセスが可能になるでしょう。その時期については明確な情報はありませんが、IntelやAMDなどのCPUメーカーは既にFredに対応したCPUの開発を進めている可能性があります。

ハイライト：

• Intelが64ビット専用ドキュメントを発表
• ユーザーモードにはほとんど影響なし
• ブート時の変更によりセキュリティ強化
• 新しい構造「Fred」を導入予定
• x86アーキテクチャの技術的負債に対処
• デザインの簡素化とホームブリューOSへの影響
• セキュリティ対策としてRingの削除
• メモリアクセスの改善と追加のページサイズ
• Fredとの統合予測とタイムライン

よくある質問：

Q: ユーザーには何か変更の必要がありますか？ A: いいえ、ユーザーにはほとんど影響はありません。32ビットのプログラムは引き続き動作します。

Q: この変更はセキュリティを向上させますか？ A: はい、ブート時の変更によりセキュリティが強化されます。特にドライバーのエスカレーションによるリスクを軽減できます。

Q: この変更は性能にどのような影響を与えますか？ A: 性能への直接的な影響はほとんどありませんが、メモリアクセスの改善が期待できます。

Q: この変更はいつ実施されますか？ A: 具体的なタイムラインは明確ではありませんが、既にFredに対応したCPUの開発が進められています。

リソース：

• Intel
• chips and cheese
• semianalysis