虽然现在正在出售的Athlon 64 并不能看出来非常显著的性能增长，但64-bit 的处理器在将来将起到重要的作用 。由于目前64-bit 版本 Windows XP 操作系统 还没有正式发布，因此没有流行的操作系统和实际的应用程序支持AMD 64 ，但Athlon 64 的64-bit 究竟能够带来什么呢？

    它所带来的性能增益我们可以划分为3个主要的部分：32-bit 的应用程序运行在 32-bit 操作系统；32-bit 应用程序运行在64-bit 操作系统；还有64-bit 应用程序运行在64-bit 操作系统 。我们将独立分析其中的每个部分。

     情况1:32-bit OS 运行 32-bit 应用程序

    在Athlon 64 发布之后，其主要的操作环境将是运行32-bit 程序的32-bit 操作系统 。在这里看到K8 架构带来的性能增益仅限于核心内带(on-die)的内存控制器，改进的分支预测，更高的时钟速度和更多灵活的TLBs -- 在这里你将看不到64-bit 处理器能力所带来的任何效益。

     情况2:64-bit OS 运行 32-bit 应用程序

     当在Windows XP 64-bit 版本正式发布之后（在Athlon 64 发布的时候推出了测试版本），很多用户将会在64-bit 操作系统下面运行32-bit 应用程序。

     这里除了能够获得情况1带来的性能增长之外，用户还能够从Athlon 64 获得大量其它的增益 。目前现存的操作系统之中，普遍都具有4GB 物理内存的限制，并且任何处理最多都仅能够使用2GB 内存；剩下的2GB 将保留给OS 使用。而在64-bit OS 执行32-bit 应用程序的时候，每个32-bit 应用程序都可以完全利用4GB 的内存空间 。可惜该项益处并非是"Plug & play"(即插即用) 的，因为应用程序需要被提醒可以使用增加的内存，在大部分情况是使用新的补丁就可以了。

     在该部分Athlon 64 所能够带来的第二项效益是带来了额外的寄存器 。虽然 32-bit 应用程序在编译的时候仅能够使用8个常规目的寄存器集，还有标准的FP和SSE2 寄存器集；但64-bit OS 在处理的过程中能够涉及和使用所有的这些寄存器。在这里我们所能够看到的性能增益来自任何方面的任务处理（在应用程序之间交换），还有普通windows 的性能 。考虑到在64-bit 环境运行32-bit 应用程序会带来其它的问题，性能的增加也没有想象的那么高。

    情况3:64-bit OS 运行64-bit 应用程序

    最后这种情况是最理想的 ,然而目前支持的应用程序不是很多 -- 在64-bit OS 运行 64-bit应用程序。这里带来的效益是不可胜数的；你不仅可以获得Atlon 64 架构所带来的全部性能，每个应用程序还可以完全访问增加的寄存器，并且每个应用程序都可以使用超过4GB 的内存 。

    虽然 Athlon 64 能够支持64-bit  的内存寻址能力，出于需求的原因，它仅支持40-bit 的物理寻址内存，或者是137GB ，但在这个方面并不会造成限制的因素。

    性能改进开发者估计，在没有增加内存的情况下，该部分可以带来10-20% 的性能增益。这意味着即使它在使用2-4GB 的内存，就可以带来显著的性能增益。

    在增加更多内存的情况下带来的性能增幅更是惊人；这个从在与硬盘交换数据和与内存交换数据之间的速度，就可以了解到速度的增长吧。