Athlon 64 X2 (произносится атло́н 64 экс 2) компании AMD является первым двухъядерным процессором для настольных компьютеров.
Этот процессор содержит два ядра Athlon 64, выполненных на одном кристалле. Ядра имеют в своём распоряжении общий двухканальный контроллер памяти / северный мост и дополнительную логику управления. Первоначальные версии основаны на Athlon 64 степпинга E и, в зависимости от модели, имеют 512 или 1024 КБ кэша второго уровня на каждое ядро. Athlon 64 X2 поддерживает набор инструкций SSE3 (которые ранее поддерживались только процессорами компании Intel), что позволило запускать с максимальной производительностью код, оптимизированный для процессоров Intel. Эти улучшения не уникальны для Athlon 64 X2 и также имеются в релизах процессоров Athlon 64, построенных на ядрах Venice, San Diego и Newark.
Основным преимуществом двухъядерных процессоров является возможность разделения запущенных программ на несколько одновременно выполняемых потоков. Способность процессора выполнять одновременно несколько программных потоков называется параллелизм на уровне потоков (thread-level parallelism или (TLP)).
При размещении двух ядер на одном кристалле Athlon 64 X2 обладает двойным TLP по сравнению с одноядерным Athlon 64 при той же скорости. Необходимость в TLP зависит от конкретной ситуации в большей степени и в некоторых ситуациях она просто бесполезна. Большинство программ написаны с расчётом на работу в однопоточном режиме, и поэтому они просто не могут задействовать вычислительные мощности второго ядра, в то же время операционная система, поддерживающая двухъядерные процессоры (например, Windows XP SP2 и выше) использует вычислительные мощности второго ядра для собственных системных процессов.
Программы, написанные с учётом работы в многопоточном режиме и способные использовать вычислительные мощности второго ядра, включают в себя множество приложений для обработки музыки и видео, а также специфические профессиональные программы рендеринга. Программы с высоким TLP чаще используются в серверах/рабочих станциях, чем на стандартных настольных компьютерах. Многозадачность позволяет запустить множество потоков задач; интенсивное использование многозадачности становится актуально при запуске в одно и то же время более двух приложений.
Имея два ядра, Athlon 64 X2 обладает увеличенным количеством транзисторов на кристалле. Процессор Athlon 64 X2 с 1МБ КЭШа 2-го уровня имеет 233.2 миллиона транзисторов, в отличие от Athlon 64, имевшего всего 114 миллионов транзисторов. Такие размеры требуют использования для производства более тонкого технологического процесса, который позволяет добиться выхода необходимого количества исправных процессоров с одной кремниевой пластины.