Der K6-II (früher: K6-3D) ist eine Weiterentwicklung des K6, der MMX - Befehle beschleunigt ausführt und zudem 24 zusätzliche Befehle für 3D-Darstellung und Fließkommaoperationen bietet (sog. 3DNow! Technologie). Er wurde konzipiert für Hauptplatinen mit Sockel 7 und bis zu 100 MHz Takt.
Die interne Taktfrequenz des Prozessors liegt bei 266 bis 400 MHz, der Second-Level-Cache hat eine Kapazität von 128 KB.
Bei der Version K6-II+ sind Taktfrequenzen bis zu 500 MHz möglich.
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