U osnovi, AMD Phenom II procesori bazirani su na K10 mikroarhitekturi, no uz nekoliko značajnih promjena u odnosu na prvu generaciju Phenom procesora, te napredniji proizvodni proces, pa ćete često pročitati da se radi o K10.5 mikroarhitekturi. O prvoj generaciji Phenom procesora, pozitivnim i negativnim osobinama ovih procesora i nemogućnosti kompanije AMD da konkuriše snažnijim procesorima iz ponude konkurentne kompanije Intel, već ste imali priliku čitati u našoj recenziji AMD Phenom X4 9850 procesora.


AMD Phenom II procesori proizvode se 45nm tehnologijom izrade, a površina čipa je 258mm²,  što je neznatno manje od površine Agena čipova (286mm²) korištenih kod Phenom X4 procesora. Značajnije smanjenje površine čipa, unatoč sitnijem proizvodnom procesu, nije bilo moguće zbog povećanja količine cache memorije.


Za početak, svako jezgro ima na raspolaganju 128KB cache memorije prvog nivoa (L1), od čega se po 64KB koristi za instrukcije i podatke. Cache drugog nivoa, odnosno L2, je također odvojen za svako jezgro, te kao i kod Phenom procesora, svako jezgro ima na raspolaganju 512KB, odnosno ukupno 2MB za četverojezgrene procesore, dok latencija L2 cachea umanjena za 2 ciklusa. Količina L3 cache memorije je povećana sa 2 na 6MB. Cache memorija trećeg nivoa je ostala dijeljena, te omogućava komunikaciju među jezgrama.


Očekivano, značajno je povećan broj tranzistora, te za razliku od Phenom procesora koji su imali oko 450 miliona tranzistora, Phenom II procesori imaju 758 miliona. Dizajn Phenom II procesora baziran je na AMD Direct Connect arhitekturi koja je zapravo kombinacija tri direktne veze. Prva i vjerovatno najvažnija je direktna veza sa radnom memorijom preko integrisanog memorijskog kontolera, dok se druga veza odnosi na direktno povezivanje sa I/O podsistemom, putem HyperTransporta. Treća veza odnosi se na povezivanje između procesora, kod višeprocesorskih sistema, pri čemu se također koristi HyperTransport. Direct Connect arhitektura odlika je AMD64 procesora, pa pored Phenom procesora uključuje i Opteron, Athlon 64 i Turion 64 serije procesora.


Za proizvodnju Phenom II procesora, AMD koristi novu tehnologiju koja se naziva uronjena litografija (immersion lithography). Za ovu fotolitografsku metodu ste mogli čuti i ranije jer se i serverski procesori Shanghai generacije proizvode istom tehnološkom metodom. Pojednostavljeno, uronjena litografija podrazumijeva  da se prostor između sočiva i wafera ispuni tečnim medijem čime se povećava rezolucija odnosno preciznost. Kao tečni medij, AMD koristi vodu visokog stepena čistoće. Korištenje ove metode na kraju je rezultiralo mogućnošću dostizanja značajno viših radnih taktova kod Phenom II procesora u odnosu na starije Phenom procesore.


Prva serija Phenom II procesora koju čine Phenom II X4 940 i 920 procesori dolaze u AM2+ pakovanju sa DDR2 memorijskim kontrolerom, dok se četverojezgreni (925, 910, 810 i 805)  i trojezgreni (720 i 710) Phenom II procesori u AM3 pakovanju sa DDR3 i DDR2 podrškom očekuju u februaru.  Phenom II X3 procesori bazirani su na Heka jezgru, a dolaze sa ukupno 7.5MB cache memorije, odnosno 6MB L3 cachea te po 512KB L2 cachea za svako jezgro.


Četverojezgreni Athlon procesori bazirani na Propus jezgru (615 i 605) najavljeni su za drugi kvartal tekuće godine, kao i trojezgreni Athloni  bazirani na Rana jezgru sa 1.5MB cachea. Dvojezgreni Athloni, 240 i 235, bazirani na Regor jezgru, sa 2MB cachea, očekuju se tek na ljetu. Osim prve serije Phenom II procesora (920 i 940), svi ostali spomenuti procesori dolaze u AM3 pakovanju sa DDR2 i DDR3 podrškom.


Bitno je spomenuti da aktuelni Phenom procesori kao i novi Phenom II procesori u AM2+ pakovanju neće raditi na novim AM3 matičnim pločama zbog izostanka podrške za DDR3 memorije, dok će Phenom II procesori u AM3 pakovanju bez problema raditi na AM2+ pločama.