Pentium 4：64 位元化、多一個核心
Intel 在 2005 年兩度改良 Pentium 4。首先是 Prescott-2M，再來是 Smithfield。前者是一款 64 位元處理器 (基於 Prescott 設計)，後者則是一顆雙核處理器，它們相當類似，並存在與其他 Pentium 4 一樣的問題：每周期低指令數 (IPC) 輸送量 (throughput)，以及因電流損失而難以增加時脈頻率。旨在限制電流損失並等待 Core 2 Duo 出爐的這兩款處理器，並非 Intel 高度重視的產品。雖然 Pentium D (Smithfield 的商業發行名稱) 的確擁有兩個核心，但事實上它只是由相同封裝裡的兩個 Prescott 裸晶組合而成。
| Code name | Prescott-2M | Smithfield |
| Date released | 2005 | 2005 |
| Architecture | 64 bits | 64 bits |
| Data bus | 64 bits | 64 bits |
| Address bus | 64 (actual 36) bits | 64 (actual 36) bits |
| Maximum memory | 64 GB | 64 GB |
| L1 cache | 16 KB + 12 Kµops | 2 x 16 KB + 12 Kµops |
| L2 cache | 2,048 KB | 2 x 1,024 KB |
| Clock frequency | 3–3.6 GHz | 2.8–3.2 GHz |
| FSB | 800 MHz | 800 MHz |
| SIMD | MMX, SSE, SSE2, SSE3 | MMX, SSE, SSE2, SSE3 |
| SMT/SMP | Hyper-Threading | dual cores (Hyper-Threading on certain models) |
| Fabrication process | 90 nm | 90 nm |
| Number of transistors | 169 million | 230 million |
| TDP | 84-115 W | 95-130 W |
| Voltage | 1.2 V | 1.2 V |
| Die surface area | 135 mm² | 206 mm² |
| Connector | LGA775 | LGA775 |
有趣的一點是，針對消費者市場的 Pentium 4 處理器並未使用 PAE 技術 (支援 36 位元記憶體管理) 並因此侷限為 4 GB RAM，但實際上這些型號可以超越這個限制。事實上，位址匯流排仍限制為 36 位元 (Xeon 為 40 位元)，但 PAE (4 GB 頁面的管理) 現已成歷史－64 位元程式可以完全利用到所有的可用記憶體。
身為 Intel SMT 技術的 Hyper-Threading 也在特定型號上提供 (Xeon 與 Extreme Edition)。 最後，Pentium 4 的 65 nm 版本 (9x0 系列) 在稍後推出，但並無重大改良。
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