Da die Rechenleistung moderner CPUs nur noch bedingt über die Taktfrequenz erhöht werden kann, was kaum lösbare thermische Probleme mit sich bringt, gehen die CPU-Hersteller einen anderen Weg und kombinieren zwei Prozessorkerne in einem Gehäuse zu einem Doppelkernprozessor. Dies bringt einen Performance-Zuwachs von über 60 % sowie einen wesentlich höheren Wirkungsgrad, der sich in Millionen Anweisungen pro Sekunde ( MIPS) pro Watt (W), MIPS/W, ausdrückt.
Die Realisierung von Dual-Core-Prozessoren kann bereits im Fertigungsprozess erfolgen, so dass sich beide Prozessorkerne auf einem Die befinden. Ebenso ist eine Herstellung als Multi-Chip-Modul möglich, bei dem die beiden Prozessoren auf einer Leiterplatte vereint werden. Auch können die beiden Prozessoren auf einem vollkommen neu entwickelten Chip vereint werden.
Der Vorteil der Dual-Core-Prozessoren, die sich allerdings einen Cache teilen, liegt in der höheren Rechenleistung durch Parallelverarbeitung, aber auch in der geringeren Leistungsaufnahme, die mit einer Reduzierung der Taktfrequenz einhergeht.
Solche Doppelkernprozessoren gibt es von Intel als Pentium Extreme Edition (Pentium D), aber auch von AMD mit dem Opteron (2xx) und dem Athlon 64x2, von Fujitsu mit dem Sparc VI und von IBM mit dem Power6 und PowerPC 970MP.
Beim Doppel-Athlon 64x2 hängen beide Prozessorkerne an einem schnelle Crossbar- Switch über den Speicher und die Peripherie zugreifen. Neben dem Athlon gibt es auch den Opteron in Dual-Core-Ausführung.
Mit dem Doppelkernprozessor wird ein Trend zu Mehrkernprozessoren aufgezeigt, der sich in Vierkernprozessor, dem Quad Core Processor, und weiteren Multi-Core-Prozessoren fortsetzt.