Langt om længe, og efter mange forsinkelser kom AMD Athlon 64 endelig. Der er tale om en helt ny processor primært beregnet for desktop computere, og bærbare. Processoren er enestående idet den kan afvikle både 32 og 64 bits programmer, og så er hukommelsescontrolleren integreret i selve processoren, så al kommunikation mellem RAM og processor foregår nu direkte, og altså ikke igennem nordbroen, som det er tilfældet på andre processorer. Den nye AMD 64 er produceret på 0.13 micron teknologien. Processoren indeholder intet mindre end 105,9 millioner transistorer. Det store antal transistorer skyldes til dels en stor caceh. Der er 128 KB Level 1 cache og 1024 KB level 2 cache. Ca. halvdelen af de mange transistorer går faktisk til cachen. Processoren skal monteres i et socklet 754 bundkort. Processorens indbyggede hukommelsescontroller understøtter DDR400, og der kommunikeres med resten af bundkortet over en hyperTransport bus, der kører med en frekvens på 200 MHz. Den effektive båndbredde svarer til 800 MHz og der kan overføres over 12 GB/s. Den store forskel fra AMD Athlon 64 FX er at AMD Athlon 64 ikke understøtter multiprocessing, desuden benytter AMD Athlon 64 almindelig DDR400 ram, mens en AMD Athlon 64 FX kræver ECC ram, og maksimalt understøtter DDR333 ram. Den første version af AMD Athlon 64 kørte med en clockfrekvens på 2 GHz, og fik navnet 3200+ i AMDs True performance initiative.