Multi-Core-Prozessoren sind eine Weiterentwicklung der Doppelkernprozessoren und arbeiten mit mehreren CPUs auf einem Chip. Die Multi-Core-Technik ist auf die ständig steigende Integrationsdichte zurückzuführen, bei der immer mehr Transistoren immer weniger Siliziumfläche benötigen.

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Beim Multi-Core werden mehrere vollständige Prozessorkerne auf einem Chip implementiert und sorgen für eine höhere Verarbeitungsleistung, höherem Datendurchsatz und einer effizienteren Ausnutzung der verfügbaren Transistoren. Weitere zusätzliche Leistungssteigerungen werden durch die Verbesserung und Erweiterung der Prozessor-Architektur erzielt. Da die Herstellung relativ kostengünstig erfolgen kann, können entsprechende Multi-Core-Chips mit vielen Zusatzfunktionen ausgestattet werden. Auch die Wärmeentwicklung spielt eine wesentliche Rolle, da die Rechenleistung zur Leistungsaufnahme (MIPS/W) bei Multi-Core-Prozessoren besser ist als bei einfachen Prozessoren.

Beispiele für Multi-Core-Prozessoren sind die Vierkern-Prozessoren Q6600 und Q6700 von Intel. Zu den wichtigsten Features gehören die Taktrate von 2,4 GHz, mit denen jeder Kernprozessor getaktet wird, der Frontside Bus mit einer Taktrate von 1066 MHz und die erweiterte Befehlsstruktur für die Verarbeitung von Grafik- und Videodaten. Dei Ausführungseinheiten arbeiten dabei mit 128 Bit breiten Registern, wodurch sie komplette Befehle in einem Takt ausführen können und so die Verarbeitungsgeschwindigkeit verdoppeln.