Apesar do potencial, o Phenom acabou sendo limitado pela arquitetura de 65 nanômetros, que limitou a frequência de clock dos processadores. O pico evolutivo acabou sendo o Phenom X4 9950, que operava a 2.6 GHz, mas possuía um TDP de nada menos do 140 watts na versão original (que a AMD conseguiu reduzir para 125 watts nas subsequentes), o que é basicamente o limite do que se pode refrigerar usando um cooler a ar.

A solução veio com a migração para a técnica de 45 nanômetros, que além de reduzir custos, abriu espaço para a adição de 6 MB de cache L3 e um conjunto de outras pequenas melhorias. A latência de acesso do L3 foi reduzida em 2 ciclos, a introdução de um algoritmo mais eficiente de data prefetch, o dobro de banda para operações de checagem de coerência entre o conteúdo dos caches L1 e L2 (em relação ao L3) e o uso de 48 linhas de associação para o L3. Chegamos então ao Phenom II: