2000年Intel宣布了新一代的处理器-Pentium 4。尽管有着更高的时钟频率（最低速度都达到了1.4GHz），但是同频率的性能表现比竞争对手的要差远了，ADM的Athlon（甚至是自家的Pentium Ⅲ）在相同的频率下都比它运行的快。最要命的是，Intel决定弃主流的内存规格不顾，只支持RAMBUS的RDRAM内存（当时唯一能满足Pentium 4带宽需求的内存），但是最后失败了。尽管价格昂贵，发热量也大，Pentium 4依靠多项技术改进（如加入L3缓存，支持超线程技术）还是在市场上生存了几年。

市场上一共有Mobile（新增了一组变量乘法器），Clerlon（精简了L2缓存），Xeon（加入L3缓存）三种P4处理器有售。超线程技术和L3首先出现在服务器市场上，之后引入到了普通处理器上（L3缓存也只是出现在EE至尊级型号上）。

这里提一下FSB，借着名为QDR（四倍速数据传输）技术的支持它的速度要四倍快于额定时钟频率。400MHz的总线速度实际上只有100MHz，533MHz也只有133MHz的真实速度。2005年Intel还发布了64位P4处理器，后文我们将谈到它。 

11、Pentium M：在膝上型电脑市场上开始发力

2003年Portable PC（便携型电脑）市场开始爆发式地增长。此时Intel只有两款CPU可供选择:落后的图拉丁P3和P4，但P4巨大的发热量决定了它不可能适于便携型电脑处理。就在此时，从以色列实验室来了一个救星:Banias（又名Pentium M）。这款基于P6架构（与Pentium Pro一样）的处理器拥有超越P4的高性能，而且功耗超低。它成了英特尔迅驰（Centrino）平台的处理器，在2004年又被更快的Dothan核心取代。Pentium M在移动平台留下了深深的烙印，Stealey（A100）至今还在使用Dothan架构（只不过频率低些功耗低些罢了）。

与桌面版P4一样，其FSB也是四倍速于额定频率（QDR），插槽使用了Socket 479，实际上只有478个针脚，不过每个针脚的定义与桌面P4的Socket 478不一样。

12、Pentium 4：开始支持64位，变身双核

2005年Intel两次改进了P4处理器：先是带来Prescott-2M，接着又发布了Smithfiel核心产品。前者是基于Proscott的64位处理器，后者是一款双核处理器。他们和P4很相似，面临的问题是也是一样的：低IPC（每周期指令）运算量，难于提高频率。这两款处理器已经不是Intel重点关注的了，(他们的重心在未来的酷睿2)，何况Pentium D说是双核心处理器，实际不过是在一个外壳里封装了两个Proscott核心罢了。

有趣的是，虽然面向消费级市场的P4并不支持PAE技术（使用36位而非32位管理内存），因此最大支持内存被限制在4GB，但它可以突破这个限制。实际上地址总线依然限于36位（Xeon上是40位），但PAE技术已经成了历史―64位程序可以可以充分利用所有内存。

某些特定型号上可以支持超线程技术（Xeon和EE至尊版），Intel稍后又发布了65nm的9x0系列P4，不过并没有什么重要改进。