ItaniumのアーキテクチャであるIA-64とは別に,既存のIA-32との互換性を保ちつつ64ビット化したアーキテクチャの名称。米Intel が,2004年2月のIDF(Intel Developer Forum)で発表した当時はこのアーキテクチャを「64-BitExtension」と呼んでいた。IA-32eは,Intel Extended Memory 64アーキテクチャを64ビットOSで動作させるときのモードである。米AMD(AdvancedMicro Devices)のAthlon 64やOpteronに既に実装されている64ビット・アーキテクチャAMD64と,命令セットおよびレジスタ・セットで互換性がある。

 Extended Memory 64ではアドレス空間とレジスタが拡張された。仮想アドレスは最大で64ビット,実アドレスは最大52ビット。一方レジスタ数は,Pentium4など現在のIA-32プロセッサの2倍に増えた。IA-32では,整数演算に使う32ビット汎用レジスタと,SSE命令セットに使う128ビットXMMレジスタはいずれも8本。これに対してIA-32eでは汎用レジスタを64ビットに拡張し,16本に増やした。XMMレジスタも,データ幅は変わらないが,16本に増やした。

 これらの拡張されたアドレス空間とレジスタは,IA-32eの64-Bit Modeと呼ぶサブモードだけで利用できる。その際64ビット命令には,REXプレフィックスを付ける。REXプレフィックスは40h~4Fhに割り当てられている。IA-32では,これらはINC命令とDEC命令に割り当てられており,32ビット命令を64-BitModeでは実行できない。ほかにもAAAなど,64-Bit Modeでは動作しないIA-32命令もある。なお,IA-32eのもう1つのサブモードであるCompatibility Modeでは,拡張されたアドレス空間やレジスタは利用できないが,64ビットOS上ですべてのIA-32命令がそのまま動作する。