AMD社のマイクロプロセッサに搭載された、x86命令を64ビット幅のデータやメモリアドレスに対応できるよう拡張した命令セット。Opteronシリーズ、Athlon 64シリーズなどに組み込まれている。
x86命令セットは、もともと、Intel社の80x86シリーズのマイクロプロセッサに採用されていた命令セットで、現在の仕様はi386から導入された32ビット対応のものである。Intel社は64ビットのマイクロプロセッサを設計するに当たり、一から命令セットを定義し直し、Hewlett-Packard社と共同でまったく新しい(従来と互換性のない)「IA-64」アーキテクチャを開発した。
これはまったく新しい設計であるため、既存のソフトウェアを動作させるには32ビット命令を64ビット命令に変換する必要があり、変換にかかる処理の分、32ビットプロセッサよりも動作速度が劣ってしまうと言われている。
これに対し、Intel社の競合プロセッサメーカーであるAMD社は、既存のソフトウェア資産を有効活用できるアプローチとして、独自のx86-64アーキテクチャを開発した。これは、x86命令セット引き継ぎつつ64ビットへの拡張を行うもので、64ビットに拡張されたソフトウェアは高速に、32ビットのソフトウェアも従来に劣らぬ速度で実行することができる。
x86-64では、64ビット幅のデータなどを扱える「Long Mode」と、32ビット幅のデータを扱う「Legacy Mode」の2種類の動作モードが用意されている。64ビット拡張機能を使用する場合は、OSレベルでマイクロプロセッサのモードをLong Modeに変更する。Legacy Modeは従来のx86命令セットと完全互換のモードである。
マイクロプロセッサがLong Modeで動作している時は、マイクロプロセッサは64ビットコードと32ビットコードの両方を実行できるようになるため、64ビットベースで書かれたプログラムから32ビットベースのライブラリを呼び出して実行する、といったことも可能である。
「x86-64」という名称は、搭載プロセッサの正式リリースに伴って「AMD64」に変更された。その後、Intel社もAMD64互換の64ビット機能「Extension Memory 64 Technology」(EM64T)の提供を発表している。
