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時間進入2003年，一個全新的處理器概念被引入了進來，這就是64bit。其實當時提出將桌面級處理器帶進64bit時代的並不是AMD而是Intel，但是Intel所提出的IA-64架構概念並不能與現有的x86架構兼容，所以我們也幾乎見不到這一新的架構。真正將桌面級引入64bit時代的是AMD在2003年推出的采用了Socket 754接口的Athlon 64以及Sempron 64處理器。
Socket 754接口插座
在Socket 754接口的Athlon 64時代，由於采用了更新的K8架構設計，不僅引入了吸引人的64bit技術，同時還帶來了一個全新的概念，這就是每瓦效能。與Intel的奔騰處理器不同，AMD的Athlon 64處理器主頻並不高，以主頻僅1.8GHz的Athlon 64 2800+為例，其所帶來的性能體驗卻與主頻高達2.5GHz以上甚至3GHz的奔騰4處理器相近。可見主頻在當時並非是絕對代表處理器性能的。
Socket 754接口代表作品Athlon 64 2800+
Socket 754接口的Athlon 64處理器性能毋庸置疑，但是他也並非完全沒有問題。在此時，Intel已經將雙通道內存概念全面引入，而當時代表了最佳性能的Socket 754接口Athlon 64處理器卻並不支持這一概念。為了改變Socket 754接口不支持雙通道內存的劣勢，全新的Socket 939接口浮出了水面。
