近年、PC やサーバーだけでなく、モバイルデバイスや組み込みシステムの世界でも 64 ビットアーキテクチャが主流となっています。この記事では、64 ビット ARM アーキテクチャ（AArch64）と 64 ビット Intel アーキテクチャ（x86_64 または AMD64）の違いや、RISC と CISC という設計思想、そして x86-64 アーキテクチャの歴史について詳しく解説します。
1. 64 ビット ARM と Intel アーキテクチャの基本的な違い
1.1 命令セットアーキテクチャ（ISA）
64 ビット ARM アーキテクチャ（AArch64）は、RISC（Reduced Instruction Set Computer）と呼ばれるシンプルな命令セットを基盤にした設計です。この設計では、命令が固定長で統一されており、CPU が高速に処理できることが特徴です。特に省電力性が重要視されるモバイルデバイスや組み込みシステムで広く使われており、Apple M シリーズや Raspberry Pi といった製品がその代表例です。
一方で、64 ビット Intel アーキテクチャ（x86_64 または AMD64）は CISC（Complex Instruction Set Computer）を採用しています。CISC では、複雑な処理を単一の命令で実現することが可能で、多様な命令セットを持つ柔軟性が強みです。このため、PC やサーバーなど、高い処理能力を必要とする用途で多く利用されています。
1.2 エネルギー効率と性能
ARM アーキテクチャのもう一つの大きな特徴は、省電力設計です。スマートフォンやタブレットのようにバッテリー駆動が求められるデバイスにおいて、その効率性が特に発揮されます。また、Apple M シリーズのようにデスクトップ用途でも高い性能と効率性を両立しており、幅広い市場に進出しています。
一方、Intel アーキテクチャは性能を重視した設計が特徴です。消費電力は高めですが、その分計算性能に優れており、マルチスレッド処理やゲーミングといった高負荷のタスクで大きな力を発揮します。そのため、データセンターやゲーミング PC といった用途に向いています。
1.3 互換性とソフトウェアエコシステム
ソフトウェアの互換性という点では、Intel アーキテクチャは非常に成熟しています。長年の歴史があり、既存の多くのソフトウェアが x86_64 用に最適化されているため、エミュレーションなしで幅広いアプリケーションをネイティブで実行できます。
これに対して、ARM アーキテクチャは x86_64 向けのソフトウェアを動かすためにエミュレーションが必要となる場合があります。たとえば、Apple が提供する Rosetta 2 は、Intel 向けに作られたソフトウェアを ARM ベースの Mac で動かすための仕組みです。ただし、近年では Linux や macOS で ARM 向けソフトウェアの対応が進んでおり、状況は改善しています。
2. RISC と CISC の違いを深掘り
2.1 CISC: 複雑な命令セットコンピュータ
CISC（Complex Instruction Set Computer）は、複雑な処理を一つの命令で実行できる設計思想を持っています。このため、初期のコンピュータ時代ではプログラムのコード量を減らすことができ、メモリの容量が限られていた環境に適していました。Intel の x86 アーキテクチャがその代表例であり、特にデスクトップやサーバーで高い互換性と柔軟性を発揮しています。
しかし、CISC は命令セットが複雑であるため、デコードや実行に時間がかかるという欠点もあります。また、ハードウェアの設計が複雑になることで、消費電力が増える傾向があります。
2.2 RISC: 簡略化された命令セットコンピュータ
RISC（Reduced Instruction Set Computer）は、CISC とは対照的に、シンプルで固定長の命令セットを採用しています。この設計により、命令の実行が高速化され、消費電力を抑えることが可能です。ARM アーキテクチャや RISC-V がその代表例です。
RISC は、プログラムがシンプルな命令を多く使用する設計のため、ソフトウェア開発において最適化が求められる場合がありますが、効率的なパイプライン処理によって高い性能を発揮します。
2.3 RISC と CISC の現在
現在、RISC と CISC の明確な区別は曖昧化してきています。たとえば、x86（CISC）プロセッサも内部では RISC ライクな実行ユニットを持ち、命令を効率的に処理しています。一方で、RISC プロセッサも性能向上のために、従来の RISC 設計よりも複雑な命令セットを取り入れる傾向があります。
3. x86-64 アーキテクチャの歴史
3.1 16 ビット時代: Intel 8086
1978 年に登場した Intel 8086 は、16 ビットプロセッサとして x86 アーキテクチャの元祖となりました。このアーキテクチャは、その後の互換性を保ちながら進化を遂げ、現在の x86-64 アーキテクチャの基盤となっています。
3.2 32 ビット時代: x86-32
1985 年、Intel は 80386 プロセッサをリリースし、x86 アーキテクチャは 32 ビットへと進化しました。これにより、メモリ空間が 16 ビット（64KB）から 32 ビット（4GB）へと拡張され、当時のコンピューティング環境におけるニーズに応えました。
3.3 64 ビット時代: AMD64 の成功
1990 年代後半、32 ビットのメモリ空間では限界が見え始め、高性能コンピューティングやサーバー用途では 64 ビット化が求められるようになりました。この流れの中で、AMD が x86 を 64 ビットに拡張する形で開発した x86-64（後の AMD64）は、従来の x86 との互換性を維持しつつ、メモリ空間を大幅に拡張しました。2003 年にリリースされた Opteron プロセッサは、この技術を基盤にしており、業界標準として受け入れられました。
3.4 Intel 64 の登場
一方で、Intel は当初 Itanium（IA-64）という独自の 64 ビットアーキテクチャを推進していましたが、互換性の欠如や市場のニーズに合致しなかったため失敗に終わりました。その後、Intel は AMD64 を採用し、自社の 64 ビット実装として Intel 64 を開発しました。
3.5 x64 の簡略化
現在では、「x86-64」「AMD64」「Intel 64」といった名称はすべて「x64」として簡略化されることが一般的です。この呼称は技術者だけでなく、一般ユーザーの間でも広く使用されています。
結論
64 ビット ARM（AArch64）と 64 ビット Intel（x86_64）は、それぞれ設計思想や用途が異なります。選択する際には、以下のポイントを考慮すると良いでしょう。
- ARM: モバイルデバイスや省電力が重要な組み込みシステムに最適。
- Intel: 高性能が求められる PC やサーバー向け。
歴史や技術的背景を理解することで、用途に適したアーキテクチャを選ぶ判断材料となるでしょう。