Công nghệ siêu phân luồng mô phỏng hai bộ xử lý trong bộ vật lý đơn. Nếu hai bộ xử lý được mô phỏng tốt thì có hai hay nhiều bộ xử lý thật sẽ tốt hơn. Bộ xử lý đa nhân, như tên hàm ý, thực sự chứa hai hay nhiều nhân bộ xử lý trong một gói bộ xử lý đơn.

Từ vẻ bề ngoài nó vẫn giống như một bộ xử lý (và được xem xét cho những mục đích cấp phép của Windows), nhưng bên trong có thể có hai, bốn hay thậm chí nhiều nhân bộ xử lý. Một bộ xử lý đa nhân cung cấp thật sự tất cả những thuận lợi của việc có nhiều bộ xử lý vật lý riêng rẻ, chi phí thấp hơn.

Công nghệ đa nhân của AMD và Intel

Cả AMD và Intel đều giới thiệu bộ xử lý cho máy để bàn Dual-core tương thích x86 tháng 5 năm 2005. AMD khởi đầu là Athlon 64×2 trong khi Intel với bộ xử lý Dual-core đầu tiên: Pentium Extreme Edition 840 và Pentium D. Extreme Edition 840 cũng hỗ trợ công nghệ HT, cho phép nó xuất hiện như bộ xử lý quad-core đối với hệ điều hành. Những bộ xử lý này kết hợp khả năng tập lệnh 64 bit đi với hai nhân nội bộ, về thực chất là hai bộ xử lý trong một đóng gói. Những chip này là sự bắt đầu cuộc cách mạng đa nhân, tiếp tục bảng cách thêm nhiều nhân đi với những phần mở rộng cộng vào bộ tập lệnh. Bộ xử lý Quad-core đầu tiên được Intel giới thiệu tháng 10 năm 2006, được gọi là Core 2 Extreme QX và Core 2 Quad. AMD sau đó ra mắt bộ xử lý PC để bàn Quad-core đầu tiên được gọi là Phenom tháng 10 năm 2007.

Ghi chú:

Có một số nhầm lẫn về Windows và các bộ xử lý đa nhân và/hay siêu phân luồng. Windows XP và các bản Home sau này chỉ hỗ trợ một CPU vật lý, trong khi Windows Professional, Business, Enterprise hay Ultimate hỗ trợ hai CPU vật lý. Mặc dù các ấn bản Home chỉ hỗ trợ một CPU vật lý, nếu chip này là bộ xử lý đa nhân với công nghệ siêu phân luồng, tất cả nhân vật lý và ảo sẽ được hỗ trợ. Cho ví dụ, nếu một hệ thống với bộ xử lý quad-core hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng, các Windows Home sẽ thấy nó như tám bộ xử lý và tất cả đều được hỗ trợ. Nếu bo mạch  chủ được lăp đặt hai bộ xử lý, các ân bản Windows Home sẽ thấy tám nhân vật lý/ảo trên CPU thứ nhất, trong khi Professional, Business, Enterprise hay Ultimate sẽ thấy 16 nhân trên hai CPU.

Các bộ xử lý đa nhân được thiết kế cho người dùng chạy đa chương trình cùng lúc, hay dùng các ứng dụng đa phương. Một ứng dụng đa chuỗi có thể chạy nhiều phần của chương trình, được biết như “threads”, đồng thời trong cùng khoảng địa chỉ, chia sẻ mã và dữ liệu. Một chương trình đa phương chạy nhanh hơn trên bộ xử lý nhiều nhân hay bộ xử lý Intel với công nghệ HT hơn là bộ xử lý nhân đơn hay không HT.

Điều quan trọng nên chú ý rằng bộ xử lý đa nhân không cải thiện tốc độ nhiệm đơn nhiều. Nếu bạn chơi trò chơi không hỗ trợ đa luồng (Non-multithreaded) trên máy tính, rất có vẻ như thấy rất ít thuận lợi của CPU đa nhân hay siêu phân luồng. May mắn rất nhiều phần mềm (bao gồm trò chơi) được thiết kế đa luồng, tận dụng lợi thế của bộ xử lý đa nhân bằng cách tách chương trình thành nhiều luồng, mà có thể được phân chia trong số những nhân CPU sẵn có.