64-Bit-Applikationen auf der Intel-Architektur: Wann sind sie wirklich schneller?

Um große Geschwindigkeitssteigerungen bei der Befehlsausführung zu erzielen, ist eine 64-Bit-x86-Architektur weder geeignet noch jemals angedacht gewesen. Ziel war es in erster Linie, die 4-GByte-Speichergrenze der x86-Architektur zu überwinden. Dabei hat AMD mit der Einführung von AMD64 zugleich eine weitere Limitierung der x86-Architektur gegenüber den RISC-Prozessoren gelockert, nämlich durch die Einführung von zusätzlichen Registern. Dies ist der Grund, warum 64-Bit-Applikationen moderat schneller sind als 32-Bit-Applikationen. Die zusätzlichen Register können den erhöhten Cachedruck meist mehr als ausgleichen.

Größere Geschwindigkeitssteigerungen lassen sich bei Anwendungen erzielen, die zwar mit 1 bis 2 GByte Hauptspeicher auskommen, jedoch von mehr profitieren können. Dies sind vor allem Server-Anwendungen und Desktop-Anwendungen, die mit sehr großen Dateien arbeiten. Auf Systemen mit bis zu 2 GByte Hauptspeicher macht man sich mit einem 64-Bit-Betriebssystem und 64-Bit-Anwendungen das Leben nur selber schwer. Der größere Programmcode benötigt mehr Speicher. Reicht dieser nicht aus, so muss wesentlich öfter auf den Swapspace von Linux oder das Pagefile von Windows zurückgegriffen werden, was das System verlangsamt.

Realistische Überlegungen in diese Richtung hat auch Apple bei der Entwicklung von Mac OS 10.5 Leopard gemacht. Während Windows und Linux eifrig zu „echten“ 64-Bit-Betriebssystemen portiert wurden, deren sämtliche Kernel-Komponenten im 64-Bit-Memory-Modell realisiert sind, beließ es Apple bei einem 32-Bit-Kernel und erweiterte diesen lediglich um die Unterstützung von 64-Bit-Prozessen. Zudem gibt es bei Leopard alle User-Mode-Libraries in 64 Bit, so dass auch 64-Bit-GUI-Applikationen unterstützt werden.

Da ein 64-Bit-Kernel nur wenig an Performance gewinnt, konnte Apple ein Betriebssystem entwickeln, welches zwar ein wenig langsamer ist, als es eine 64-Bit-Version gewesen wäre, aber dafür wesentlich weniger Hauptspeicher verbraucht. Zudem können alte Treiber und Kernel-Extensions weiterverwendet werden. Auf Power-Macs läuft Mac OS durch den 32-Bit-Kernel sogar schneller als eine 64-Bit-Variante.