所谓“双核心”处理器就是采用独立缓存的设计，将两个核心整合在同一芯片上可以提高性能，能耗的增长得到控制，功率密度可以降低。将双核心甚至多核心的缓存整合在一起，将缓存整合在一起理论上可以让每个处理器核心以更快的速度存取更多的数据，晶体管数量也更为经济；这样的设计效率和成本符合技术和市场的发展方向。
双核心处理器的一个主要特点是：它运行起来象是一个双处理器架构，但实际上只是一个单处理器架构。因此软件必须进行专门的设计才能够充分利用多个核心。目前软件中专门针对Hyper-Threading技术而设计的应用，在双核心中也能够充分体现出来。
从目前的工艺和技术发展程度看，处理器设计和生产商有充裕的能力提供更多的晶体管，而不是更高的频率。从IBM、Sun的双核心/多核心处理器的发展过程来看，将缓存分开来设计不是性能和成本最优的方案，但设计会比较简单。Intel和AMD都面临迫切的竞争压力和制造工艺矛盾，在迈进双核心处理器的过程当中，通过选择较为简单的方案，可以降低开发工作量、控制风险、缩短上市时间。
作为处理器领域的双核心，英特尔和AMD一直处于“此消彼涨”的胶着状态，在2005年二者将争夺双核心处理器市场。英特尔将在2005年第4季度推出基于Itanium 2的双核心处理器，3季度推出双核心桌面微处理器。AMD的90纳米工艺Opteron处理器已经正式出货，而90nm SOI工艺的双核心Opteron处理器将在2005年下半年推出，3季度将推出Athlon 64 4200+和FX-57处理器。而到2007年将推出具备四个内核的处理器产品。
一、 AMD的双核心处理器
实际上，AMD的处理器现有架构最适合引入双核心设计。AMD现有的Opteron处理器就可以通过HyperTransport总线互连。AMD透露其双核心处理器内部采用Crossbar架构互联，预计是HyperTransport的一种变种，或者说是简化。每个核心都有独立的一级缓存和二级缓存，二级缓存的容量在512KB到1MB，看来每个核心的缓存容量与目前中档的Athlon 64相当。
AMD双核心处理器有CPU0和CPU1两个内核，各自有独立的1MB二级缓存，两个处理器内核共享系统请求接口和分配闸门界面。同时，双核心的处理器内建内存控制器HT0、HT1、HT2和分配闸门界面连接。AMD表示，双核心处理器架构，可以在不提升处理器工作频率的情况下，达到双倍性能，同时AMD也表示，双核心每个核心的功耗都已经降低，因此双核心处理器功耗并不会很大。
AMD会给每个核心提供一个APIC ID，这样任何新老软件都很容易识别出是双处理器或者是超线程处理器，软件兼容性上不会有任何问题。另外，AMD双核心处理器将支持SSE3指令集，许多人相信这是AMD通过AMD64与Intel进行的交叉授权的一部分。
AMD的双核心处理器将采用Socket 940和939接口，前者面向工作站、服务器市场，可以支持最多8条DIMM；后者面向普通终端市场，最多支持4条DIMM.让双核心共享 Hypertransport接口和双通道内存已经足够，因此AMD不需要急于引进更复杂的接口，Hypertransport的频率会提升到1GHz. AMD甚至表示，双核心处理器兼容于单核心Opteron处理器，现有的Opteron主机板只需要更新BIOS，就可以正常运行双核心Opteron处理器。
二、Intel 的双核心处理器
在最近的IDF上，Intel向外界展示了多款双核心处理器，同时还对外公布了双核心处理器的架构。Intel公司的双核心处理器分成两大类，第一类是在一个半导体模型中集成两个单独的核心，每个核心与前端总线之间都有一个独立的接口，以 Pentium D为代表。Pentium D处理器具备两个核心，不支持超线程技术，每个核心在同一时刻只能运行一个线程。
另一类是比较独特，这类处理器的两个核心共享一个连接到前端总线的接口，以MP Paxville为代表。Paxville是一款服务器处理器，它所采用的共享接口架构同时也是一种最新的架构。目前，Intel 8500芯片组能够对这款处理器提供最好的支持，一个Intel 8500芯片组能够同时支持4个Paxville处理器(总共8个核心)。这款Intel 8500芯片组具备两条前端总线，而每两个Paxville处理器共享其中的一条。
Intel集成双处理核心的Itanium处理器开发代号为Montecito，现在关于 Montecito的相关资料还不错，但目前知道其肯定会使用0.09微米工艺生产，而且它也是首款采用从Compaq购买Alpha技术的Intel处理器。“Montecito”版Itanium在一片硅片上同时集成了两颗像“Madison”版Itanium处理器引擎。我们用红色分别圈住了两个内核。在Montecito图片的顶部是L2缓存，优先权判决器被放置在中央。
尽管Montecito双核心处理器能够大大的提高性能但是它仅仅局限于A-0硅片。英特尔声称Montecito能够在一片硅片上使性能提高1.5到2倍，并因此而感到自豪。众所周知，当程序调用更多的线程和使用更多的高效判决法则时平均执行效率将会有进一步的提高。但是有重要的一点是我们要记住的，双核处理器的性能增长不能够超过 2倍。因此英特尔似乎正走着稳固的发展步伐。
Intel双核心架构的出现，主要是为了解决单一处理器核心在芯片体积大幅增加、散热问题恶化的前提下，频率与性能提高却很有限的问题。加上Intel先前发布的超线程(HyperThreading)、虚拟化技术、64位兼容等技术，可望提升系统性能、刺激用户购买欲望。
三、威盛的双核心处理器
为了不让AMD和Intel的双核心处理器计划的光芒把自己完全盖掩，威盛科技(Via)也开始开发自己的双芯(twin-core)x86处理器，预计将于2005年6月投放市场，而在6月上市更有可能让他们成为第一家正式推出两个核心的x86处理器的企业。
继AMD和Intel宣布将在2005年推出双核心处理器后，VIA也不甘落后，日前他们对媒体透露自己已经有了双核心设计的产品。
与Intel和AMD的将2颗核心建立在单一硅片上的做法不同，VIA是把2颗Esther C7核心封装在一起，同时借助IBM的90纳米SOI技术，工作频率1GHZ的双核心产品功耗也仅仅只有3.5W，同时VIA表示处理器的最高频率可以达到2GHZ。Esther也将加入VIA的Padlock以及ESA加密并且支持NV Bit。
双芯(twin-core)处理器主要设计用途是高密度运算的服务器群，威盛的双处理器同样可以用于小型的Mini-ITX主板上，而客户甚至可以在一个标准的1U服务器机架上安装两块Mini-ITX主板，运行四颗双芯处理器。
四、IBM的双核心处理器
IBM公司目前正在为推出其新的90纳米PowerPC 970FX处理器的双核心G5而做最后的准备。新的双核心名为“Antares”。被正式命名为PowerPC 970MP的芯片在每个AltiVec/Velocity Engine SIMD单元都拥有一个970核心和比970FX's多512KB的L2缓存，即L2缓存达到了1MB。但是新的芯片仍然没有L3缓存的支持。
制造这款芯片的材料为全绝缘硅晶体(SOI)，但这并非此款产品的真正惊人之处:新款芯片的模型尺寸为13.23 x 11.63mm。这与现在流行的970和970FX芯片并不兼容。970MP将在970FX系列芯片的电源控制系统中有所改进，也就是说，新的电源控制系统将同步贯穿于双核心CPU的两个处理器。
这款芯片的最初频率为3GHz，采用1GHz的前端主线频率。
IBM在双核心处理器Power4采用CMP技术(一个硅片上集成两个64位超标量微处理器核心)的基础上，进一步采用“Multi-chip Module(MCM)”封装方式，将4个Power4组合成一个较大的封装，类似一个8个CPU的SMP系统。随后IBM推出双核心Power5芯片。 Power5除采用更新的制造工艺外，还具有SMT能力。这样，Power5将同时采用CMP和SMT，可以在单颗CPU上，获得最多16个处理器的运算能力。
IBM新的双核心Power 5是目前业界最先进的64位双核心处理器。POWER5处理器每颗内含2亿7千6百万个晶体管的超强运算火力，其中双核心的设计概念领先业界两年以上;系统微分割让POWER5每颗处理器最多可划分为十个微分割区，可同时执行AIX 5L、Linux、OS/400等不同的操作系统，充份达到一机十用的效果。
五、SUN的双核心处理器
SUN UltraSparc IV使用了两个UltraSparc III核心，而且采用了与UltraSPARC III相同的Fireplane系统内部互连线路。UltraSPARC IV处理器采用TI的0.13微米工艺制造，内核尺寸为355平方毫米，包含6千6百万个晶体管，有1.05GHz和1.2GHz两个版本。
由于具有两个内核，UltraSPARC IV的功耗也将近翻了一倍，1.2GHz版本将达到100W左右，而目前的UltraSPARC III的峰值功率仅为53W。
新一代双核心UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了德州仪器公司的90毫微米的工艺技术，它通过扩展的高速缓存、功能与转移预测机制、增强的预取能力和新型的计算能力等新技术，将现有的UltraSPARC Ⅳ处理器的应用吞吐量翻了一番。
双核心处理器UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了片上多线程技术(CMT)，通过多个运算(或称线程)的同时进行，继续执行Sun的吞吐量计算战略，以进一步提高系统的性能。同时，还有一组新的RAS(随机存取存储器)，使这一新的设计成为UltraSPARC系列处理器中最可靠的一员。
六、HP的双核心处理器
惠普的双核心处理器PA-RISC 8800，其每个 CPU的性能要比以前的PA-8700处理器高20～40%。并已经将这款处理器用到他们的服务器产品中。PA-RISC 8800工作频率800MHz或是1GHz，系统带宽6.5GB/s，可以支持最大24GB DDR内存。处理器内部则具有1.5MB的L1缓存，以及惊人的32MB L2缓存。
处理器芯片PA-8800设计72Mb 的DDR 单晶体管 (1-T) SRAM， 做为主机板上的二级加速缓存 (L2 cache)。这款处理器需要惠普的ZXT芯片组支持，ZXT芯片组比起之前的产品不仅降低了内存延迟，同时也提高了内存容量以及带宽。
