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Core, Core 2 Duo
Intel decise di abbandonare l'architettura Netburst e crearne una nuova basandosi su quanto fatto con i progetti P6 e Pentium M. Nacque così il progetto Core. Come il Pentium M, aveva una pipeline da 12/14 stadi molto più corta dei 31 stadi dei Prescott.
Core si dimostrò altamente scalabile, tanto da coprire sistemi mobile con TDP fino a 5 watt e server di fascia alta da 130 watt. Intel portò sul mercato i Core 2 Duo e i Core 2 Quad, ma Core fu al centro anche di Core Solo, Celeron, Pentium e Xeon. Il die integrava due core e i progetti quad-core usavano due die dual-core su un MCM. Le versioni single core avevano un core disattivato. La dimensione della cache L2 spaziava da 512 KB a 2 MB.
Grazie al nuovo progetto Intel riuscì a competere di nuovo con AMD. L'architettura Core rimise Intel sulla retta via ed è proprio grazie a questa svolta se sono nati i processori Atom.
L'architettura Bonnell del primo Atom non venne progettata da zero, ma affondava le sue radici nell'architettura P5. Il primo die, Silverthorne, aveva un TDP di 3 watt che permise a Intel di occupare settori che le erano precedentemente preclusi. Le prestazioni non erano elevate, ma l'esperienza era sufficiente e, soprattutto, a basso costo. A Silverthorne successe Diamondville, con frequenza inferiore ma supporto a 64 bit. Negli anni successivi fu la volta di Pineview, Cedarview, Silvermont e Airmont.
Nehalem, il primo Core i7
Con il mercato dei processori in pieno fermento Intel tornò a lavorare sull'architettura Core creando Nehalem, una soluzione con numerosi miglioramenti. Il controller della cache venne riprogettato e la cache L2 scese a 256 KB per core. Una decisione che non abbassò le prestazioni, in quanto Intel aggiunse tra 4 e 12 MB di cache L3 condivisa tra tutti i core. Le CPU basate su Nehalem includevano tra uno e quattro core ed erano realizzate a 45 nanometri.
Intel riprogettò profondamente le connessioni tra la CPU e resto del sistema. Il vecchio FSB era in uso dagli anni '80, quindi Intel lo rimpiazzò con QuickPath Interconnect (QPI) sui sistemi di fascia alta e DMI altrove. Questo permise a Intel di spostare il controller di memoria (aggiornato per supportare le DDR3) e quello PCIe nel processore. Questi cambiamenti aumentarono nettamente il bandwidth, mentre la latenza crollò.
Ancora una volta Intel estese la pipeline del processore, stavolta a 20-24 stadi. La frequenza non salì, tuttavia, e Nehalem lavorava a frequenze simili ai Core. Nehalem, inoltre, fu il primo processore di Intel a implementare Turbo Boost. Anche se il base clock del miglior chip Nahalem era 3,33 GHz, il processore poteva accelerare a 3,6 GHz per brevi periodi di tempo grazie alla nuova tecnologia.
Nehalem segnava inoltre il ritorno dell'Hyper-Threading. Grazie a questo e altri numerosi cambiamenti, il progetto raggiunse prestazioni fino a due volte maggiori rispetto ai Core 2 in carichi pesanti che sfruttavano molti thread.
Westmere
Dopo Nehalem fu la volta del die shrink a 32 nanometri Westmere. L'architettura di base cambiava poco, ma Intel si avvantaggiò della dimensione minore del die per aggiungere altri componenti all'interno della CPU. Anziché solo quattro core x86, Westmere poteva contenerne fino a 10 (Westmere-EX) e avere fino a 30 MB di cache L3 condivisa.
Arrandale e Clarkdale, soluzioni mobile e desktop mainstream, adottavano una GPU integrata sul package della CPU e prodotta a 45 nanometri. L'HD Graphics dei chip Core era simile alla GMA 4500, eccezion fatta per due EU aggiuntive.