Pentium M
Pentium 4に搭載された分岐予測器をベースに、ループ検出器の実装とレジスタ間接分岐予測のサポートを行なっている。ループ検出器は内部に64バイトのバッファを備え、64バイト以内の命令列でループとなっている分岐を検出し、命令フェッチを停止してバッファから命令を供給することができる。
x86命令セットにはPUSH、POP、CALL、RETといったスタックポインタを操作する命令があるが、これらをフロントエンドで処理するためのハードウェア (スタックエンジン) が追加されている。これらの命令については、Pentium Mではスタックポインタを加減するμOPは生成されず、デコード段の直後に設置されたスタックエンジンに含まれる専用の加算器で処理される。そのため、例えばPUSHやPOP命令については、デコーダで生成されるμOPはメモリアクセス (PUSH-ストア、POP-ロード) のμOPのみであり、バックエンドの実行ユニット資源の節約に貢献している。スタックエンジンはスタックポインタに対する操作の累積の差分を記憶しており、レジスタ (リオーダ・バッファ) 内の実際のスタックポインタの値は更新しないため、スタックポインタにアクセスするμOPに差分情報を追加し、正しい実効アドレスが得られるようにしている。この差分情報が追加できないμOPに遭遇した場合は、レジスタ内のスタックポインタを更新する内部命令が自動的に挿入される。
その他、OOOバッファの増加、L1命令キャッシュの倍増(16KB→32KB)、L1データキャッシュの倍増(16KB→32KB)、L2キャッシュの倍増(512KB→1MB)、TLBの増量なども行われているが、これら多くの改良により、旧世代のP6マイクロアーキテクチャと比較してIPCが向上している。命令セットの面ではPentium 4と共に登場したSSE2命令を新たにサポートしており、当時のデスクトップ向けプロセッサに準じた仕様になっている。
モバイルに向かないNetBurstマイクロアーキテクチャの代替として開発され、絶対的な性能よりもクロックあたりの処理性能を重視している。