Embora o K6-2 e o K6-3 tenham feito sucesso, ambos concorriam com o Pentium II e o Pentium III com base no custo, sem terem como concorrer diretamente em termos de desempenho. Em junho de 1999 a AMD lançou seu primeiro processador realmente competitivo, o Athlon, com o qual conseguiu superar as principais limitações da plataforma K6.
Além de ser o primeiro processador da AMD a superar os processadores da Intel em diversas versões consecutivas, ele foi também o primeiro processador x86 a quebrar a marca de 1.0 GHz, o que na época foi um marco. Apesar de toda a evolução, todos os processadores AMD lançados daí em diante, incluindo os Athlon 64, Phenom e Phenom II continuam sendo baseados em versões atualizadas dessa mesma arquitetura.
O Athlon original, em formato de cartucho
As primeiras versões do Athlon utilizavam um formato de cartucho, muito similar ao usado pelo Pentium II, com chips de memória cache externos, operando à metade da frequência do processador. Elas foram lançadas em junho de 1999 (pouco depois do Pentium III com core Katmai) e conviveram com os processadores K6-2 e K6-3 durante algum tempo, com o Athlon assumindo o posto de processador de alto desempenho e os K6-2 e K6-3 servindo como opções de baixo custo.
O Athlon surgiu como uma versão expandida e atualizada da arquitetura post-RISC (híbrida CISC/RISC) iniciada com o K6, que manteve muitas das características básicas, mas incluiu novas unidades de execução, combinadas com o tão necessário cache L2 integrado e um novo barramento de dados, o EV6. O Athlon era composto por nada menos do que 22 milhões de transistores (sem contar o cache L2 externo), mais que o dobro do Pentium III Klamath, que possuía 9.5 milhões.
