Intel explora la arquitectura x86S y prevé un futuro de 64 bits sin adulterar
Intel ha publicado un extenso y muy involucrado libro blanco sobre el tema de la racionalización de sus arquitecturas de CPU, sobre todo centrándose en una especificación puramente de 64 bits, y, en consecuencia, abandonando los modos de funcionamiento heredados de 32 bits (¡así como los de 16 bits!). La propuesta clave del Team Blue es la siguiente "Este libro blanco detalla las mejoras y modificaciones arquitectónicas que Intel está investigando actualmente para una arquitectura de modo exclusivo de 64 bits denominada x86S (para simplificar). Intel publica este documento para solicitar la opinión del ecosistema mientras explora las ventajas de ampliar la transición de la ISA a una solución de sólo modo de 64 bits."
El documento proporciona un poco de contexto de fondo: "Desde su introducción hace más de 20 años, la arquitectura Intel 64 se convirtió en el modo operativo dominante. Como ejemplo de esta evolución, Microsoft dejó de distribuir la versión de 32 bits de su sistema operativo Windows 11". El firmware de Intel ya no admite de forma nativa sistemas operativos que no sean UEFI64. Los sistemas operativos de 64 bits son hoy el estándar de facto. Conservan la capacidad de ejecutar aplicaciones de 32 bits, pero han dejado de admitir aplicaciones de 16 bits de forma nativa. Con esta evolución, Intel cree que hay oportunidades de simplificación en nuestro ecosistema de hardware y software."
El intros un pequeño diagrama de flujo: "Ciertos modos heredados tienen poca utilidad en los sistemas operativos modernos, aparte de arrancar la CPU en el modo de 64 bits. Merece la pena plantearse la siguiente pregunta: "¿Podrían eliminarse estos elementos de la arquitectura poco utilizados para simplificar una arquitectura exclusiva para el modo de 64 bits?". La arquitectura propuesta en este whitepaper completa la transición a una arquitectura de 64 bits, eliminando algunos modos heredados."
Previsión de una arquitectura Intel simplificada
¿Cómo funcionaría una arquitectura de sólo modo de 64 bits?
Los diseños de la arquitectura Intel 64 salen del reinicio en el mismo estado que el 8086 original y requieren una serie de transiciones de código para entrar en el modo de 64 bits. Una vez en marcha, estos modos no se utilizan en las aplicaciones ni en los sistemas operativos modernos.
Una arquitectura exclusivamente en modo de 64 bits requerirá equivalentes de 64 bits de las tecnologías que actualmente se ejecutan en modo real o en modo protegido. Por ejemplo:
El arranque de las CPU (SIPI) se inicia hoy en modo de dirección real y necesita un sustituto de 64 bits. Un estado de reinicio directo de 64 bits elimina las varias etapas de código trampolín para entrar en el funcionamiento de 64 bits.
En la actualidad, el uso de páginas de 5 niveles requiere desactivar la paginación, lo que obliga a volver al modo heredado sin paginación. En la arquitectura propuesta, es posible pasar a la paginación de 5 niveles sin salir del modo paginado.
Estas modificaciones pueden implementarse con sencillas mejoras en la arquitectura del sistema que sólo afectan al sistema operativo.
¿Cuáles serían las ventajas de una arquitectura de sólo modo de 64 bits?
Una arquitectura de sólo modo de 64 bits elimina algunos apéndices antiguos de la arquitectura, lo que reduce la complejidad general de la arquitectura de software y hardware. Al explorar una arquitectura de sólo modo de 64 bits, se podrían realizar otros cambios que están alineados con el despliegue de software moderno. Estos cambios incluyen:
Utilizar el modelo de segmentación simplificado de 64 bits para el soporte de segmentación de aplicaciones de 32 bits, coincidiendo con lo que ya utilizan los sistemas operativos modernos.
Eliminar los anillos 1 y 2 (que el software moderno no utiliza) y características de segmentación obsoletas como las puertas.
Eliminación del direccionamiento de 16 bits.
Eliminación del soporte para accesos a puertos de E/S de anillo 3.
Eliminación de la E/S de puerto de cadena, que soportaba un modelo de E/S obsoleto impulsado por la CPU.
Limitar el uso del controlador local de interrupciones (APIC) a X2APIC y eliminar el soporte del 8259 heredado.
Eliminación de algunos bits de modo de sistema operativo no utilizados.
Sistemas operativos heredados en arquitectura de sólo modo de 64 bits
Aunque la ejecución de un sistema operativo heredado de 64 bits sobre una CPU de arquitectura de sólo modo de 64 bits no es un objetivo explícito de esta iniciativa, el ecosistema de software de la arquitectura Intel ha madurado lo suficiente con productos de virtualización como para que una solución de software basada en virtualización pueda utilizar hardware de virtualización (VMX) para ofrecer una solución que emule las funciones necesarias para arrancar sistemas operativos heredados.
Propuesta detallada para una arquitectura de sólo modo de 64 bits
Existe una propuesta de arquitectura de sólo modo de 64 bits. Incorpora las ideas esbozadas en este libro blanco. Intel publica esta especificación para que el ecosistema evalúe las posibles repercusiones en el software.
La introducción de la página web sólo sirve como introducción sencilla al tema de x86S; los más técnicos pueden consultar el documento completo (PDF) aquí.
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