Athlon 64 X2是AMD設計的首款桌面級雙核心處理器，腳位有Socket 939、AM2，於2005年5月首次推出。首批產品採用90nmSOI製程，其後也開始推出代號 Brisbane 的65nm產品，並於2006年12月發售，全數產品均支援SSE3指令集。處理器內建兩顆Athlon 64核心，兩个核心可以透過 System Request Queue 互相溝通。Intel Pentium D的兩個核心溝通必須透過FSB，繞過北橋方能；換言之，這會增加FSB的負擔，減低系統性能。相比之下，由於Athlon 64 X2有專屬通道，系統性能比Pentium D高，但售價較貴。

與單核心的Athlon64比較，這款雙核產品擁有更多的晶體管，因此晶圓需使用更複雜的製程，期間必須有更大面積的矽為無損，使其產量不及單核產品，因此售價也會比單核產品昂貴。

由於Athlon X2對外連接是HyperTransport，與Athlon 64一樣；所以使用腳位為Socket 939或SocketAM2的單核心Athlon 64的用戶，只要更新主機板BIOS，即可直接升級為Athlon 64 X2。這一點比Intel優勝。

早期的Athlon X2處理器是有2 x 512 KB及2 x 1024 KB兩種L2快取記憶體版本的，及至2006年中AMD宣佈停產2 x 1024 KB L2的Athlon X2。

另有更低階的X2 3600+型號，時脈與3800+相同，但L2被減為2 x 256 KB。這款產品最早是提供OEM廠商使用的，後來為應對Intel Core 2上市，AMD也於2006年7月至8月發行AM2版本的3600+，與Intel的Pentium D 915/925競爭。

AMD於2006年12月發售65nm產品，代號Brisbane，產品仍舊使用K8微架構，而使用K10微架構的新產品預計會於2007年中推出。另外在2007年6月推出的Brisbane 45W BE省電版本的雙核處理器中，新品改稱為「Athlon X2」，去掉 "64" 字樣，並使用全新型號，原有的4000+及4400+另外推出型號為BE-2350及BE-2400省電型處理器。

部份雙核產品型號屬Black Edition黑盒版本，它們與普通版的分別在於不鎖倍頻，用家可自由調整倍頻，發揮其極限性能。現有的Athlon X2系列的Black Edition型號有90nm F3步進值的6400+處理器及65nm G2步進值的5400+、5000+處理器。

型號列表 
 3600+, 2.0 GHz, L2 Cache: 256KB x 2 (Socket 939, AM2)
 3600+, 1.9 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 3800+, 2.0 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket 939, AM2)
 4000+, 2.0 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket AM2)
 4000+, 2.1 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 4200+, 2.2 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket 939, AM2)
 4400+, 2.2 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket 939, AM2)
 4400+, 2.3 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 4600+, 2.4 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket 939, AM2)
 4800+, 2.4 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket 939, AM2)
 4800+, 2.5 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 5000+, 2.6 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 5200+, 2.7 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket AM2)
 5400+, 2.8 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 5600+, 2.8 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket AM2)
 5800+, 3.0 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket AM2)
 6000+, 3.1 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 6500+, 3.2 GHz, L2 Cache: 1MB x 2 (Socket AM2)
 BE-2300, 2.0 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 BE-2350, 2.1 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 BE-2400, 2.3 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 3250e, 1.5 GHz, L2 Cache: 512 KB x 2 (Socket AM2)
 4050e, 2.1 GHz, L2 Cache: 512 KB x 2 (Socket AM2)
 4450e, 2.3 GHz, L2 Cache: 512 KB x 2 (Socket AM2)
 4850e, 2.5 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 5050e, 2.6 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 (Socket AM2)
 6500, 2.3 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 L3 Cache: 2MB (Socket AM2+)
 7450, 2.4 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 L3 Cache: 2MB (Socket AM2+)
 7550, 2.5 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 L3 Cache: 2MB (Socket AM2+)
 7750, 2.7 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 L3 Cache: 2MB (Socket AM2+)
 7850, 2.8 GHz, L2 Cache: 512KB x 2 L3 Cache: 2MB (Socket AM2+)

核心

Athlon 64 X2 
DIE面積：183mm2、230mm2

Toledo (90nm SOI) 
雙核心處理器
 CPU 步進: E6
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (資料 + 指令)
 L2 快取：每核 512 / 1024 KB 全速
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit
 Socket 939，HyperTransport (1000 MHz, HT1000)
 核心電壓 VCore: 1.3 V - 1.35 V
 最大功耗(TDP): 89 W, 110 W
 時脈：2000 - 2400 MHz
 3800+: 2000 MHz, 512 KiB x 2 (ADA3800DAA5CD)
 4200+: 2200 MHz, 512 KiB x 2 (ADA4200DAA5CD)
 4400+: 2200 MHz, 1024 KiB x 2 (ADA4400DAA6CD, ADV4400DAA6CD)
 4600+: 2400 MHz, 512 KiB x 2 (ADA4600DAA5CD)
 4800+: 2400 MHz, 1024 KiB x 2 (ADA4800DAA6CD)

Manchester (90nm SOI) 
雙核心處理器
 CPU 步進: E4, E6
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (資料 + 指令)
 L2 快取：每核 256 / 512 KB 全速
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit
 Socket 939，HyperTransport (1000 MHz, HT1000)
 核心電壓 VCore: 1.35 V - 1.4 V
 功耗（TDP）：最大 89 W
 時脈：2000 - 2400 MHz
 3600+: 2000 MHz (ADA3600DAA4BV)
 3800+: 2000 MHz (ADA3800DAA5BV)
 4200+: 2200 MHz (ADA4200DAA5BV)
 4600+: 2400 MHz (ADA4600DAA5BV)

Windsor (90nm SOI) 
雙核心處理器
 CPU 步進: F2, F3
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (資料 + 指令)
 L2 快取：每核 512 / 1024 KB 全速
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit，AMD Virtualization（3800+ EE SFF 35w 獨有）
 Socket AM2，HyperTransport (1000 MHz, HT1000)
 核心電壓 VCore: 1.30 V - 1.35 V (89W TDP)
 最大功耗(TDP): 35 W (3800+ EE SFF)、65 W（3600+ 至 4800+）、89 W （5000+ 至 5600+）、125 W (6000+ 至 6400+)
 首次發行：2006年5月23日
 時脈：2000 - 3200 MHz
 3600+: 2000 MHz, 256 KB x 2
 3800+: 2000 MHz, 512 KB x 2 (3800+ EE SFF 35w ADD3800IAA5CU)
 4000+: 2000 MHz, 1024 KB x 2
 4200+: 2200 MHz, 512 KB x 2
 4400+: 2200 MHz, 1024 KB x 2
 4600+: 2400 MHz, 512 KB x 2
 4800+: 2400 MHz, 1024 KB x 2
 5000+: 2600 MHz, 512 KB x 2
 5200+: 2600 MHz, 1024 KB x 2
 5400+: 2800 MHz, 512 KB x 2
 5600+: 2800 MHz, 1024 KB x 2
 6000+: 3000 MHz, 1024 KB x 2
 6400+: 3200 MHz, 1024 KB x 2

2006年6月中，AMD表示將不會繼續出產每核1MB L2 Cache的Athlon 64及Athlon 64 X2處理器，並集中在Opteron及較高型號的產品上，因此僅出產了少量2 x 1MB L2的Athlon 64 X2 4000+、4400+及4800+。

Brisbane (65nm SOI) 
 CPU 步進: G1, G2
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (資料 + 指令)
 L2 快取：每核 512 KB 全速
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit，AMD-V
 Socket AM2，HyperTransport (1000 MHz, HT1000)
 核心電壓 VCore: 1.25 V - 1.35 V
 最大功耗(TDP): 65 W ~ 89 W
 首次發行：2006年12月5日
 時脈：1900 - 3100 MHz
 3600+: 1900 MHz, 512 KB x 2 (ADO3600IAA5DD, ADO3600IAA5DL)
 4000+: 2100 MHz, 512 KB x 2 (ADO4000IAA5DD)
 4200+: 2200 MHz, 512 KB x 2 (ADO4200IAA5DD, ADO4200IAA5DO)
 4400+: 2300 MHz, 512 KB x 2 (ADO4400IAA5DD, ADO4400IAA5DO)
 4600+: 2400 Mhz, 512 KB x 2 (ADO4600IAA5DO)
 4800+: 2500 MHz, 512 KB x 2 (ADO4800IAA5DD, ADO4800IAA5DO)
 5000+: 2600 MHz, 512 KB x 2 (ADO5000IAA5DD, ADO5000IAA5DO, ADO5000IAA5DS)
 5200+: 2700 MHz, 512 KB x 2 (ADO5200IAA5DD, ADO5200IAA5DO)
 5400+: 2800 MHz, 512 KB x 2 (ADO5400IAA5DO, AD05400IAA5DS)
 5600+: 2900 MHz, 512 KB x 2 (ADO5600IAA5DO)
 6000+: 3100 MHz, 512 KB x 2 (ADO6000IAA5DO)

Kuma (65nm SOI) 
 CPU 步進: B3
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (Data + Instructions)
 L2 快取：每核 512 KB 全速
 L3 快取：2 MB (共用)
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，SSE4A，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit，AMD-V
 Socket AM2+，HyperTransport (3200 MHz, HT1600)
 核心電壓 VCore: 1.25v
 最大功耗(TDP): 95 W
 首次發行：2008年9月2日
 時脈：2300-2800 MHz
 6500BE: 2100 MHz
 7450: 2400 MHz
 7550: 2500 MHz
 7750: 2700 MHz
 7750BE: 2700 MHz
 7850BE: 2800Mhz

Athlon X2 BE 45w series

Brisbane (65nm SOI) 
 CPU 步進: G1, G2
 L1 快取：每核 64 + 64 KB (Data + Instructions)
 L2 快取：每核 512 KB 全速
 MMX，Extended 3DNow!，SSE，SSE2，SSE3，AMD64，Cool'n'Quiet，NX Bit，AMD-V
 Socket AM2，HyperTransport (1000 MHz, HT1000)
 核心電壓 VCore: 1.25 V
 最大功耗(TDP): 45 W
 首次發行：2007年6月1日
 時脈：1900 - 2600 MHz
 BE-2300: 1900 MHz, 512 KB x 2 (ADH2300IAA5DD, ADH2300IAA5DO)
 BE-2350: 2100 MHz, 512 KB x 2 (ADH2350IAA5DD, ADH2350IAA5DO)
 BE-2400: 2300 MHz, 512 KB x 2 (ADH2400IAA5DO)
 Athlon 4050e: 2100 MHz, 512 KB x 2 (ADH4050IAA5DO)
 Athlon 4450e: 2300 MHz, 512 KB x 2 (ADH4450IAA5DO)
 Athlon 4850e: 2500 MHz, 512 KB x 2 (ADH4850IAA5DO)
 Athlon 5050e: 2600 MHz, 512 KB x 2 (ADH5050IAA5DO)

請參閱 

Athlon 64
AMD Athlon 64處理器列表
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