Athlon, Athlon Xp và Duron là các sản phẩm tiếp theo của AMD cho K6 series. Trong đó, Athlon được thiết kế như một chip mới từ đầu và không dựa trên giao diện socket 7 hay Super 7 giống như các chip trước.

AMD Athlon

Trong phiên bản đầu của Athlon, AMD dùng hộp thiết kế, được gọi là Slot A, hầu như chính xác rập khuôn Intel Pentium II và III. Thực tế Athlon đầu tiên dùng bộ nhớ đệm L2 bên ngoài 512KB đặt trên bo hộp bộ xử lý. Bộ nhớ đệm ngoài chạy bằng nửa tốc độ nhân, hai phần năm tốc độ nhân hay một phần ba tốc độ nhân tùy thuộc vào bộ xử lý.

Vào tháng 6 năm 2000, AMD giới thiệu một phiên bản được sửa lại của Athlon (đặt tên mã là thunderbird) có bộ nhớ đệm L2 256KB trực tiếp trên khuôn. Bộ nhớ đệm trên khuôn này chạy ở tốc độ nhân và hạn chế sự nghẽn cổ chai trong hệ thống Athlon đầu tiên. Cùng theo với sự thay đổi này Athlon cũng có một phiên bản dùng socket A của chính AMD (socket 462) thay thế cho phiên bản Slot A.

Mặc dù hộp Slot A giống như Slot 1 của Intel và Socket A giống Socket 370 của Intel nhưng các chân ra hoàn toàn khác và chip AMD không hoạt động trên cùng bo mạch chủ với chip Intel. Lý do là vì thiết kế, AMD tìm nhiều phương cách để cải tiến kiến trúc chip của họ và là điểm khác biệt với Intel. Những bó chân đóng khối đặc biệt trong thiết kế socket hay slot ngăn ngừa sự cố khi lắp đặt chip sai hướng hay sai Slot.

Athlon được chế tạo ở các tốc độ từ 500MHz tới 1,4GHz và sử dụng bus bộ xử lý 200MHz hay 266Mhz (front-side bus) được gọi là EV6 để kết nối chip North Bridge bo mạch chủ cũng như những bộ xử lý khác. Được cấp phép bởi Digital Equipments, bus EV6 giống như bus được dùng trong bộ xử lý Alpha 21264, sau này thuộc về công ty Compaq. Bus EV6 có xung 100MHz hay 133MHz nhưng gấp đôi xung dữ liệu, chuyển dữ liệu gấp hai lần trong một chu kỳ cho tốc độ chu kỳ 200Mhz hay 266Mhz. Do dung lượng bus là 8 byte (64 bit), điều này dẫn đến lưu tốc của số lần 8 byte 200Mhz/266Mhz cho số lượng tới 1.6GBps hay 2.1GBps. Bus này lý tưởng cho hỗ trợ bộ nhớ DDR PC 1600 hay PC2100 chạy ở những tốc độ này. Thiết kế bus AMD hạn chế nghẽn cổ chai đáng kể giữa chipset và bộ xử lý và cho phép sự chuyển giao khá hữu hiệu. Sự sử dụng bus EV6 là một trong những lý do đầu tiên làm chip Athlon và Duron hoạt động rất tốt.

Athlon có bộ nhớ đệm L1 128KB trên khuôn bộ xử lý và bộ nhớ đệm L2 cho tốc độ máy tính bằng nửa hay hai phần năm hay một phần ba tốc độ nhân trong hộp trong phiên bản cũ, bộ nhớ đệm 256KB tốc độ nhân trong Athlon socket A và phần lớn Athlon XP, bộ nhớ đệm 512KB tốc độ nhân đối với Athlon XP sau này. Tất cả phiên bản PGA socket A đều có bộ nhớ đệm bằng tốc độ nhân. Athlon cũng hỗ trợ các tập lệnh MMX và Enhanced 3Dnow!.

Sản phẩm đầu tiên của Athlon dùng công nghệ 0.25 micron, sau đó dùng quy trình 0.18 micron và 0.13 micron cho những bộ xử lý nhanh hơn và mới hơn. Những sản phẩm sau này dùng công nghệ kim loại đồng, sản phẩm đầu tiên trong kinh doanh bộ xử lý máy tính.

Trong phần lớn điểm đánh giá AMD Athlon thường bằng, bằng không thì tốt hơn, với Intel Pentium III. AMD cùng cạnh tranh với Intel vào tiêu chuẩn 1GHz bằng cách giới thiệu Athlon 1GHz hai ngày trước khi Intel ra mắt Pentium III 1GHz.

AMD Duron

Bộ xử lý AMD Duron ( gốc mà được đặt tên là Spitfire) được công bố vào tháng 6 năm 2000 và là một từ phát sinh của bộ xử lý Athlon trong cùng kiểu như Celeron là từ phát sinh của Pentium II và III. Cơ bản Duron là một Athlon có bộ nhớ đệm L2 ít hơn, các khả năng khác cơ bản là như nhau. Nó được thiết kế cho phiên bản giá thành thấp bộ nhớ đệm ít hơn nhưng tốc độ chỉ giảm đi một chút. Duron chứa bộ nhớ đệm L2 64KB trên khuôn và được thiết kế cho socket A, một phiên bản socket của Athlon Slot A. Ngoại trừ nhân mác Duron thì Duron hầu như giống y hệt về ngoại hình so với phiên bản Socket A của Athlon đầu tiên.

Về cơ bản, Duron được thiết kế cạnh tranh với Celeron của Intel trên thị trường máy tính giá thấp, còn Athlon với thị trường Pentium III cao cấp. Duron sau đó ngừng sản xuất và được thay thế bằng Sempron.

AMD Athlon XP

Phiên bản gần đây nhất của Athlon được gọi là Athlon XP. Về cơ bản đây là một cuộc cách mạng của Athlon, với những sự cải tiến trong bộ tập lệnh nên thực thi được các tập lệnh Intel SSE và là một kế hoạch tiếp thị mới trực tiếp cạnh tranh với Pentium 4. Athlon XP cũng có một bộ nhớ đệm trên khuôn tốc độ nhân (512KB).

AMD dùng thuật ngữ “ỌuantiSpeed” (từ thị trường, không phải từ kỹ thuật) để chỉ kiến trúc của Athlon XP. AMD xác định điều này như bao gồm phần dưới đây:

Vi kiến trúc đường dẫn superscalar lưu hành – Điều này cung cấp nhiều đường dẫn cho các tập lệnh đến bộ phận thực thi của CPU và bao gồm ba bộ phận dấu chấm động, ba bộ phận số nguyên, ba bộ phận tính toán định vị.
Bộ phận tính toán dấu chấm động đường dẫn superscalar – Điều này cung cấp hoạt động nhanh hơn cho mỗi chu kỳ đồng hồ và sửa chữa những kém cỏi lâu dài của bộ xử lý AMD so với bộ xử lý Intel.
Bộ nạp trước dữ liệu phần cứng – Bộ này cùng dữ liệu cần thiết lấy từ bộ nhớ hệ thống và đặt vào bộ nhớ đệm LI của bộ xử lý để tiết kiệm thời gian.
Những Bộ nhớ đệm dự trữ chuyển dịch được cải tiến (TLBs: Translation Look- side Buffers) – Chúng cho phép chứa dữ liệu nơi bộ xử lý có thể truy cập nhanh không phải bị trùng hay trì hoãn vì thiếu thông tin.

Những cải tiến thiết kế này giúp làm nhiều công việc hơn trong một chu kỳ đồng hồ, cho phép một Athlon XP “chậm hơn” đối đầu được với Pentium 4 “nhanh hơn” trong thực hiện công việc thực sự.

Mẫu đầu tiên của Athlon XP dùng nhân Palomino, nhân này cũng được dùng trong bộ xử lý máy xách tay Athlon 4. Những mẫu sau dùng nhân Thoroughbred mà sau đó sửa lại để cải tiến về nhiệt độ. Nhân Thoroughbred có hai loại là Thoroughbred A và Thoroughbred B. Những bộ xử lý Athlon XP dùng nhân Barton có bộ nhớ đệm L2 512KB trên khuôn, những tính năng được thêm bao gồm:

■ Tập lệnh 3DNow!Professional (thêm 70 tập lệnh SSE của Pentium III, không có 144 tập lệnh SSE của Pentium 4)

■ 266MHz hay 333MHz FSB

■ Bộ nhớ đệm LI 128KB và bộ nhớ đệm L2 trên khuôn 256KB hay 512KB chạy ở tốc độ nhân.

■ Những kết nối nội bộ bằng đồng (thay vỉ nhôm) để cho hiệu quả dẫn điện tốt và mát hơn.

Athlon XP sử dụng chất đóng gói chip có hệ thống nhẹ hơn, mỏng hơn tương tự như bộ xử lý Intel cho máy tính cá nhân gần đây.

Sự đóng gói này cho phép bố trí hữu hiệu nhiều thành phần điện. Athlon XP mới hơn dùng quy trình khuôn 0.13 micron cho khuôn nhỏ hơn, tiêu thụ ít nguồn năng lượng, phát sinh nhiệt ít và chạy nhanh hơn so với những kiểu trước.