Athlon 64 é o microprocessador de oitava geração (conhecida como Hammer ou K8) da AMD, tendo sido lançado em 23 de setembro de 2003. Introduziu o processamento de 64 bits para computadores de mesa, mantendo compatibilidade com programas (softwares) x86 de 32 bits. Uma outra característica importante e inovadora é a controladora de memória integrada no processador.
O Athlon 64 foi o primeiro microprocessador para computadores de mesa (desktops) a utilizar as instruções x86-64 (a AMD mais tarde trocou o nome da arquitetura para AMD64; a Intel usa a expressão EM64T). Uma característica importante e inovadora é a controladora de memória integrada no processador.
Possui 16 registradores de propósito geral (GPR) de 64 bits. Pode acessar até 1 TB de memória física e 256 TB de memória virtual;
Suporta instruções 3DNow!, MMX, SSE, SSE2 e SSE3 (esta última apenas nos modelos mais novos);
Tecnologia EVP (Enhanced Vírus Protection), também conhecida como “NX Bit Disable”;
Tecnologia Cool’n’Quiet.
64 KB de cache L1 de instruções e 64 KB de cache L1 de dados;
Soquete 754: Usado pelas primeiras versões de Athlon 64. Seu controlador de memória usa somente um canal (single channel), o que significa que o processador acessa a memória a 64 bits.
Soquete 939: Sucessor do soquete 754, seu controlador de memória usa dois canais (dual channel), o que significa que o processador acessa a memória a 128 bits, se dois módulos de memória forem usados nos soquetes apropriados na placa mãe para tal função funcionar.
Soquete AM2: O controlador de memória integrado suporta memórias DDR2-533, DDR2-667 e DDR2-800 na configuração de dois canais (dual channel), o que significa que o processador acessa a memória a 128 bits, se dois módulos forem usados. Isso significa mais velocidade em menos tempo e ao mesmo tempo menor consumo de energia.
Em 2007 a arquitetura Athlon 64 foi sucedida pela nova arquitetura K10, conhecido pelo nome de código Barcelona nos servidores, chegou também para os desktops com novo nome, AMD Phenom X4 e X3, e os novos Athlons X2 (o sufixo 64 foi retirado). O Athlon X2 será especificamente para o mercado low-end em Dual Core, e terá dois dos quatro núcleos desativados. Versões de 4 núcleos também tem previsão, com nome Athlon X4, diferenciando-se dos Phenom X4 pelo tamanho do cache. Estão previstos novas gerações de Dual Core puro (não derivado de outros produtos) o processador utilizará a arquitetura do Phenom II. Nenhum modelo Single Core foi anunciado, tornando assim, possivelmente o fim da carreira do modelo Single Core.