Athlon 64 X2 je prvý viacjadrovýprocesor na domáce použitie od firmyAMD. Principiálne sú to dve spojené procesorové jadrá v jednom puzdre. Jadrá sú založené na rade E Athlonu 64, podľa modelu obsahujú 512 alebo 1024 kB L2 cache na jadro a zdieľajú jeden dvojkanálový radič pamäte. Podporuje dekódovanie inštrukciíSSE3 okrem niektorých špecifických preIntel.
Hlavnou výhodou dvojjadrovýchprocesorov je schopnosť spracovávať viac výpočtových vlákien naraz. Umiestnením dvoch jadier do jedného puzdra je možné pri niektorých aplikáciách dosiahnuť až dvojnásobný výkon ako u rovnako taktovanéhoAthlonu 64. Niektoré programy sú písané iba s jedným výpočtovým vláknom a nedokážu využívať výkonnostný potenciál druhého jadra.
Keďže Athlon 64 X2 obsahuje dve jadrá, zdvojnásobil sa aj počet tranzistorov. Modely s 1 MB L2 Cachce majú 232,2 miliónov tranzistorov (jednojadrovýAthlon 64 má len 114 miliónov tranzistorov) a sú tak aj dvakrát väčšie. Takáto veľkosť si vyžaduje komplikovanejší výrobný proces awafer obsahuje menej funkčných procesorov.
Číslo ´64´ bolo z názvu vynechané pri príchode ´BE´ série procesorov, založených na jadre Brisbane z dôvodu, že všetky používané procesory už boli 64-bitové a tak sa označenie ´64´ v názve stalo bezpredmetné.