我们知道Pentium 4的NetBurst架构为了提升处理器的频率，将流水线的长度提升到了20级（Northwood）甚至31级（Prescott）。而对于Pentium M，Intel并没有公布其流水线长度——只知道是介于Pentium III（10级）与Pentium 4（Northwood）之间。因此Pentium M能达到比Pentium III更高的频率，而又不会像Pentium 4那样为了填满过长的流水线而消耗大量的电力。

既然流水线长度比Pentium III要长，也就意味着Pentium M分支预测错误所产生的损失要比Pentium III大，设计者们自然明白这个道理，因此专门为Pentium M开发了更加精确的分支预测单元，分支预测错误比Pentium III降低了20%。也许有人会问，为什么没有采用Pentium 4的trace cache（追踪缓存）来降低分支预测错误的损失呢？原因很简单，trace cache需要数量不少的晶体管来实现，并且功耗也比较大。

Pentium M处理器的另一大特色就是其采用了微操作融合技术（micro-ops fusion），所谓的微操作就是完成了解码的指令，而微操作融合实际上就是将一定数量的微操作捆绑在一起，然后再送到流水线执行单元。这样做的目的就是为了提高流水线的效率，因为没有一定数量的微操作送过来的话，流水线就不会被使用——如果是单个或者少量的微操作直接送往流水线执行的话，无疑会造成流水线的空置位置较多，从而效率下降。这样做的主要目的自然还是为了降低不必要的功率消耗，因为仅仅从性能角度而言的话，这种做法很可能会带来较高的延迟时间。

专门的堆栈管理器也是Pentium M的特色之一，这个管理器被设计用来对堆栈指针以及其他堆栈相关的数据进行管理，提高堆栈的效率。从而在性能以及功耗方面都让处理器受益不少。正是由于上述技术的采用，使得流水线较长的Pentium M的IPC（Instructions executed Per Clock，每周期执行指令数）反而比Pentium III有所上升。从而在频率和IPC两大重要指标上都超过了Pentium III——因此Pentium III的前端总线自然是不能满足Pentium M的需求的，所以Pentium M所采用的FSB实际上和Pentium 4是一样的，64bit，100MHz quad-pumped FSB（相当于400MHz，当然现在的Pentium 4的FSB已经提升到200MHz甚至266MHz quad-pumped——也就是相当于800MHz和1066MHz）。

虽然Pentium M与Pentium III的区别是很大的，但是这并不妨碍Pentium M沿用Pentium III的执行单元——正像Athlon 64和Athlon XP的关系一样。由于Pentium M的IPC较高，因此较少的执行单元（相对于Pentium 4来说）并不会导致处理器性能的下降，只不过由于没有“多余”的执行单元，类似Pentium 4的Hyper-Threading技术自然在这里也就没有用武之地了。当然如果将Pentium M用于桌面的话，Intel就不必太执着于功耗问题，为其增加一定数量的执行单元，然后加入对Hyper-Threading技术的支持也就顺理成章了。

Prescott 1M核心

 Prescott 2M核心

上图是Prescott的核心，而下图则是Dothan内核的Pentium M的核心。从下面的图可以看出来，L2缓存占据了Dothan的大部分核心面积。不过由于以色列的设计团队对于这些L2缓存的特别设计，如此大容量的L2缓存的功耗却相当低——这些特别设计主要包括低功耗门电路以及在原有的8路联合缓存（8-way associative L2 cache）基础上将每一“路”再细分为四个象限（quadrant），如此一来在需要使用Cache的时候，就可以只选择和激活相应的quadrant部分的Cache，相对于选择整“路”的传统做法来说自然更加省电。

以上的技术是应用在Banias核心的Pentium M处理器上的——当然Dothan处理器自然也都继承了下来。而Dothan相对于Banias自然也是有一些改进的，包括采用了90nm应变硅生产工艺（Banias是130nm），L2缓存容量从1MB提升到2MB，以及对于微操作融合、分支预测（主要是小数量的循环的分支预测）、整点除法运算以及寄存器访问管理器进行了改进等等，当然还有FSB频率从400MHz提升到了533MHz（不过早期的型号的Dothan还是400MHz）。在性能上比Banias有不小的提升。

总的来说，Pentium M的设计是围绕着降低处理器功耗这个目的的，当然处理器的性能也是不可忽视的。只不过为了提升一点点性能就不计功率消耗的做法在Pentium M身上自然是不可能出现的。