AMD64 işlemci tasarımı 2004 yılında duyurulduğunda beri çok fazla değişmedi. İlk AMD64 işlemciler tek veya çift kanal DDR400 bellek denetleyicisine sahiptiler: Soket 754 tek kanal ve Soket 939 çift kanaldı. İşlemciler zaman içerisinde 130 nm'den 90 nm üretim sürecine doğru kaydılar ve AMD farklı aşamaları belirli aralıkla duyurma konusunda başarılıydı. Bu aşamalar genellikle işlemci verimliliğini artırmaya veya üretim ince ayarlamaları yapmaya yarıyordu.

Soket AM2'nin tanıtılmasıyla DDR400'den DDR2-800 bellek yapısına geçildi. Bu değişim çok az bir başarım artışı sağladı ancak AMD'nin düşük, orta ve yüksek seviye ürünleri için tek bir platform kullanmasına yardımcı oldu. Firma her kesime uygun modeller çıkararak ürün gamını genişletti: Sempron, Athlon 64 ve 64 X2 işlemciler ve Athlon 64 FX.

AMD'nin şu anki Athlon 64 X2 çift çekirdekli tasarımı her birinin kendine ait L1 ve L2 önbellekleri olan iki çekirdeği tek bir çekirdek üzerinde birleştiriyor. Çekirdekler arasında haberleşme ve çift kanal DDR2-800 bellek denetleyicisine ulaşım, sistemin geri kalanıyla da haberleşmeyi sağlayan HyperTransport arayüzü sayesinde yapılıyor. HyperTransport, Intel'in FSB'sinin tersine seri, yüksek hızlı p2p iletişime olanak sağlıyor. Bellek denetleyicisinin tümleşik olmasını bir kenara bırakırsan bir başka önemli farklılık da L2 önbellekte karşımıza çıkıyor: Intel her iki çekirdek tarafından paylaşılan tek bir önbelleğe sahipken AMD her çekirdeğin önbelleğini ayrı tutuyor.