Athlon 64（アスロン ろくじゅうよん）は、アドバンスト・マイクロ・デバイセズが2003年9月23日に発表した、x86_64互換のマイクロプロセッサである。

Athlon 64は、Opteronと同じAMD64技術を搭載した。従来のAthlonシリーズはK7アーキテクチャであったのに対し、Athlon 64とその派生製品はK8アーキテクチャを採用した。同じK8アーキテクチャを採用した上位モデルのAthlon 64 FXと、デュアルコアプロセッサーのAthlon 64 X2が存在する。

 概要 

 Opteronとの相違 
Opteronとの違いは、シングルプロセッサのみをサポートすること。それに伴ってCPU間接続が不要になり、HyperTransportがチップセット接続の為の1本に制限されている。しかしOpteron 100シリーズもHyperTransportは1本に制限されている。また、レジスタードメモリを必要とするOpteronに対し、Athlon 64はアンバッファードメモリで動作するという差異もある。

ハードウェアインターフェイスとして、シングルメモリチャネルのSocket 754、デュアルメモリチャネルのSocket 939、DDR2メモリー対応のSocket AM2を採用している。

 Athlon XPからの改良点 
アーキテクチャおよびCPUパッケージの改良点はOpteronとほぼ同一であるためそちらを参照されたい。
CPUコアを包むヒートスプレッダの採用は、従来のAthlonシリーズに於ける、ヒートシンク装着作業時のコア回路破損、いわゆる「コア欠け」の防止に役立っている。
メモリコントローラ内蔵により、アプリケーションの高速化が容易になった。一方、CPUとメモリの動作周波数の組み合わせが悪いと、自動的にメモリの動作周波数が規定値より低い状態になってしまう。これは、パフォーマンスより安定性を重視するために必要な処置であり、パフォーマンスを求めるのであれば正常に動作するメモリを選択すれば良いので、問題としては軽微である。
製造プロセス微細化により発熱問題が改善された。そのためオーバークロックの耐性が大きく上がり、コストパフォーマンスに優れるAthlon 64が話題になった。同社から出ているOpteronプロセッサも話題を集め、2005年はAMDの話題年となった。

 クロック自体の向上からクロックあたりの性能向上へ 
Athlon 64を含めたK8シリーズの「実働クロック抑制、低発熱・省電力化」は、技術的な壁に突き当たり始めていた「クロック周波数による性能向上」というPC用プロセッサの流れに一石を投じ、「PC用プロセッサの性能イコールクロック周波数」という認識に変化をもたらした（ギガヘルツ神話の終焉）。リーク電流の抑制に失敗し高発熱化してしまったPentium 4から自作機ユーザの眼を惹き付けることにも成功した。

しかしそれは結果的にインテルの失敗を自社に有利に利用する為のもので、明確な意図があったものではないと言える。2000年3月6日、インテルが1GHzで動作するPentium IIIを3月8日に発表する情報を事前に察知したAMDは予定を前倒しして、x86系初の1GHzを超えるCPUとしてAthlon 1GHzを発表した。インテルがNetBurstマイクロアーキテクチャで最終的に10GHzにまで到達すると予告した直後に、AMDもK8アーキテクチャで10GHzを予定していると発表している。しかし、AMD自身K7後半（Pentium 4普及直前頃）に既にAthlon XPでギガヘルツ路線を若干修正しており、さらにK8では「5年の歳月を経て求められるのはクロック周波数ではなく総合的な性能だ」として、クロックあたりの命令実行数 (IPC) に重点を置いた宣伝をするようになった。

なお、「ギガヘルツ神話」という言葉は、K7時代のクロック向上競争の時期に、高IPC低クロックCPUであるPowerPCを採用していた「アップルコンピュータ」の広告に登場したものである。

 利点 
Athlon 64の利点としては、プロセッサの大胆な性能向上に対してチップセットの改良を必須としない（従来、チップセットのノースブリッジが持っていた機能のほとんどをプロセッサ側にパッケージングしている為）ので、マザーボードの種類が豊富で、非常に安価なものからハイエンド用のものまで流通していた点が挙げられる。また、Athlon 64の最初の製品であるClawHammerの3200+から一貫してAMD64を搭載している（同系統のK8アーキテクチャのSempronでは、当初はAMD64を無効化していた）。

また、上位製品であるAMD Phenom及びAthlon X2の発売時点では、すでにCPUの大半が64ビット対応だったことからAthlon 64からAthlonに改称して販売を継続していた。AMD64が非搭載になったわけではない。

 デスクトップ向けラインナップ 

以下、CPUコアの名称はAMD内部での開発コードネームである。

 K8 世代 
ClawHammer
2003年9月発表。Socket 754版ではCool'n'Quietの最小クロック周波数と電圧が800MHz/1.3Vであったが、Socket 939版以降は、1000MHz/1.1Vに変更されている。同一の型番で仕様違いの製品が販売されているが、OPNで判別可能。

 製造プロセス: 130nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit（SH-CGのみ）
 対応ソケット: Socket 754

+ ClawHammerブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643700+1 2.4189DDR-4008003600+3400+ 0.52.2 13200+ 0.52.0 13000+0.52800+ 1.8

 対応ソケット: Socket 939

+ ClawHammerブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 644000+1 2.4 189DDR-40010003800+0.53500+ 2.2

Newcastle
2003年12月発表。ClawHammerのL2キャッシュ容量を半分に削減し、ダイサイズの縮小を図ったものである。

 製造プロセス: 130nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 754

+ Newcastleブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643400+1 2.4 0.589DDR-4008003300+ 0.253200+ 2.20.53000+ 2.02800+ 1.8

 対応ソケット: Socket 939

+ Newcastleブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643800+1 2.40.589DDR-40010003500+2.23400+ 8003200+ 2.010003000+ 1.8

Winchester
2004年10月発表。90nm SOIで作成されたAthlon64プロセッサ。駆動電圧が1.4Vに低下するなど、130nm SOIに比べて更なる省電力化が図られている。また、WriteCombineキャッシュなどの改良も行われ、わずかではあるが処理性能が向上した。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 939

+ Winchesterブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643500+1 2.20.567DDR-40010003200+ 2.03000+ 1.8

Venice
2005年4月発表。WinchesterにSSE3命令が追加され、メモリコントローラの改良により、4バンク搭載時のDDR400動作が可能になったもの。

尚、市場価格維持、もしくは歩留りなどの都合により、Athlon64 X2のManchesterコアの一方のコアを無効として、VeniceコアのシングルコアAthlon64として販売されている場合がある（リビジョンはDH-E4）。このような製品は、オリジナルのVeniceコアと比較して消費電力が小さかったり発熱が低く抑えられていると言われている。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 754

+ Veniceブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643400+1 2.40.5 67DDR-4008003200+ 2.2 593000+ 2.0 511500+ 1.0 9

 対応ソケット: Socket 939

+ Veniceブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643800+1 2.40.5 89DDR-40010003500+2.2673400+ 8003200+ 2.010003000+ 1.8

Manchester
2005年4月発表。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 939

+ Manchesterブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643500+1 2.20.567DDR-40010003200+ 2.0

San Diego
2005年4月発表。ClawHammerの90nmプロセス製造版。SSE3命令が追加されているほか、メモリコントローラの改良により、4バンク搭載時のDDR400動作を可能にしている。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 939

+ San Diegoブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 644000+1 2.4189DDR-40010003700+2.23500+ 0.5 67

Toledo
2005年4月発表。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit
 対応ソケット: Socket 939

+ Toledoブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 644000+1 2.4189DDR-40010003700+ 2.2

Orleans
2006年5月発表。90nm SOIで作成されたAthlon 64プロセッサ。メモリコントローラが変更されDDR2 SDRAMに移行した。これに伴い、940pinのSocket AM2に変更になった。TDP62Wの通常版の他にTDP35Wの低消費電力版が存在する。これらの製品を「K9」と呼ぶこともある。TDP45WのEE版はL2キャッシュ容量が倍増している。

 製造プロセス: 90nm SOI
 拡張命令: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit, AMD-V
 対応ソケット: Socket AM2

+ Orleansブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 644000+1 2.60.562DDR2-66710003800+ 2.43500+2.23500+ EE SFF 353200+ 2.0623000+ 1.8AthlonLE-1640 2.6145LE-1620 2.4LE-1600 2.2

Lima
2007年2月発表。65nm SOIで作成されたAthlon 64プロセッサ。製造プロセスの微細化で、消費電力が低下した。L2キャッシュの容量の関係で、一部のアプリケーションでは上位製品であるAthlon LE-1660(65nm SOI)がAthlon LE-1640(90nm SOI)よりも遅いことがある。

 製造プロセスルール: 65nm SOI
 拡張機能: MMX, Extended 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, Cool'n'Quiet, NX Bit, AMD-V
 対応ソケット: Socket AM2

+ Limaブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643800+1 2.40.545DDR2-80010003500+ 2.2AthlonLE-1660 2.8LE-1640 2.73100+ 2.0 25DDR2-6672850e 1.8 222650e1.6152600+2000+ 1.0 8 DDR2-400

 モバイル向けラインナップ 

 K8 世代 
ClawHammer
2003年9月発表。

 製造プロセス: 130nm SOI
 対応ソケット: Socket 754

+ ClawHammerブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643700+1 2.41 81.5DDR-3338003400+ 2.2623200+ 2.03000+ 1.82800+1.62700+ EE 0.5 35

Odessa
2004年5月発表。

 製造プロセス: 130nm SOI
 対応ソケット: Socket 754

+ Odessaブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643000+1 2.00.535DDR-4008002800+ 1.82700+ 1.6

Oakville
2004年8月発表。

 製造プロセス: 90nm SOI
 対応ソケット: Socket 754

+ Oakvilleブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 643000+1 2.00.535DDR-4008002800+ 1.82700+ 1.6

Newark
2005年4月発表。

 製造プロセス: 90nm SOI
 対応ソケット: Socket 754

+ Newarkブランド型番CPUTDP(W)対応メモリHT(MHz) コア数（スレッド数） クロック(GHz) L2キャッシュ(MB)Athlon 644000+1 2.6162DDR-4008003700+ 2.43400+ 2.23200+ 2.03000+ 1.8