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由于AMD Phenom X3沿用了Phenom X4的处理器架构，所以它继承了AMD新一代处理器架构的所有特点，其中包括以下七个创新：
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Independent dynamic core technology：独立动态核心技术
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CoolCore technology ：CoolCore技术
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Dual Dynamic Power Management ：双动态功耗管理
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Wide floating-point accelerator ：宽浮点加速器
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Memory optimiser technology ：内存优化技术
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Balanced Smart Cache ：平衡智能缓存
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Rapid Virtualisation Indexing ：快速虚拟索引
对比K8架构，Phenom X3在规格方面几乎都是成倍的增长。首先是被AMD称为SSE128的SSE指令执行位宽。在K8架构处理器中，两个SSE指令是并行处理的，SSE执行单元只有64-bits宽度，一个128-bit SSE指令操作，它不得不分割成两个64-bit指令操作，同样的一个128-bit SSE指令被获取后，它被首先解码成两个微操作（micro-ops），这会给这个指令带来多余的解码部分。
当然还有一些调整，其中Translation Lookaside Buffers简称为TLBs，是用于虚拟地址向物理内存地址映射的作缓存的，TLBs的使用率是非常高的，但是因为程序变的越来越多，对内存的要求也就需要处理器设计者对TLB容量大小进行调整。相对于K7，K8就有增大，在Phenom X3上，AMD也在重复这样的过程，比K8要大一些，它们现在支持1G pages，这对数据库应用和虚拟加载非常的有用，AMD同样在Phenom X3上引进了128 entry 2M L2 TLB，用于满足更新的程序对大容量的需求。
AMD K8架构没有的乱序执行的协调能力，而Phenom X3能够重新排序这些加载。但是Phenom X3会等待在决定是否这个加载可以被优先于存储执行之前，才把存储地址计算出来，通过这种方式，Phenom X3不会有机会预测错误。其实Phenom X3的设计者也可以采用类似Core微架构的预测器的做法，但是感觉对架构的益处还不够，最终Phenom X3实现了每个周期产生三个存储地址，因为它有3个AGUs (Address Generation Units)。
K8核心配备的是128-bits宽度的单内存控制器，但是在Phenom X3中，AMD把它分割成两个64-bit，每个控制器可以独立的进行操作，因此它可以带来效率上的不小提升，尤其是在多核执行的环境下，每个核心可以独立占有内存访问资源，避免了不必要的带宽浪费。
Phenom X3核心内部拥有自己的数据和指令预取器，但是最主要的改进是DRAM预取器（内存预取器），它位于内存控制器里面，在此前AMD从来没有使用过这样的逻辑设计，这个新的DRAM预取器掌管了所有的内存请求和动作，由于DRAM预取器要协调三个核心，它就掌控了整个芯片的性能的发挥，同时它不占用L2、L3 caches，它拥有自己独立的buffer来解决数据溢出问题，这个buffer拥有20 - 30个cache线路。
考虑到多线程软件对多核心的要求也需要更高速的缓存来保持更好的性能，为了在性能和容量上进行平衡，AMD在设计了128KB L1 Cache和512KB L2 Cache后，并不想通过采用更大容量L2 cache的做法，取而代之的是追加一个第三级的Cache（L3 cache），而且这个L3 cache将被三核心所共享，在容量上也达到了2MB，与四核Phenom X4的L3 Cache完全相同。
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