NEC D30400RJ-40(40MHz，左)和东芝TC85R4000SC-50(50MHz)
虽然这种扩展带来的处理器面积的增加，但其拥有更加显著的优势。首先，它支持更大的寻址空间，允许操作系统对TB级以上的文件直接进行存入到内存中进行访问。相比之下， 32位寻址空间只能支持不超过4GB的容量。
另外，64位数据通道能够在单个字节组中支持8位长的单精度IEEE浮点数值和字符串。在更为重要的数字加密特定的算法中，更大的数据通道自然会有更好的性能表现。
R4000拥有六种不同的指令——两种非条件转移和4中条件转移——它们又可被称为subroutines子程序。一旦启动执行，这些指令就会返回一个链接或者返回地址。
东芝生产的TC86R4400MC-200 9636YJA(R4400)
另外，MIPS在推出R4000的时候，还兼顾到了之前的32位MIPS架构直接的代码兼容性。在1992年，MIPS在R4000的基础上推出了R4400处理器，它拥有更高的主频(100MHz、133MHz、150MHz、200MHz和250MHz)，而且缓存也从R4000的8KB提升到16KB，包括230万个晶体管。
上世纪九十年代后，64位处理器发展如火如荼，各大芯片厂商都陆续推出了各自的看家本领，或直接推出64位处理器，或者宣布64位处理器架构加快市场布局。
在MIPS科技公司推出首个纯正版64位处理器之后，DEC、英特尔、Sun、惠普、IBM相继推出了相应的产品和架构方案。DEC公司在1992年，引入纯64位 Alpha 架构，并于次年发布64位OSF/1 AXP 类Unix 操作系统(后来改名为 Tru64 UNIX)和 OpenVMS操作系统给Alpha系统。
1994年，半导体巨头英特尔宣布了64位IA-64 架构的进度表(与HP共同开发)作为其32位IA-32处理器的继承者，路线图定位在1998-1999期间。
IA-32向IA-64架构演进
1995年，Sun推出64位SPARC处理器UltraSPARC。UltraSPARC是一款superscalar超标量体系架构的微处理器，以顺序形式执行指令。
主频为200MH的UltraSPARC处理器
该处理器拥有主次两级缓存，主缓存有两个，分别对应指令和数据，总共容量为16KB。UltraSPARC需要有外部的次级缓存(L2)，容量为512KB至4MB，而且是直接影射(direct-mapped)缓存。外部缓存与同步SRAM(SSRAM)会以处理器的频率进行同步。
1997年，IBM推出了RS64全64位PowerPC处理器，并于次年发布了POWER3全64位PowerPC/POWER处理器。
PowerPC的历史可以追溯到早在1990年随RISC System/6000一起被介绍的IBM POWER架构。该设计是从早期的RISC架构(比如IBM 801)与MIPS架构的处理器得到灵感的。
1990年，IBM、Apple和Motorola开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度达到单芯片300万个。
IBM PowerPC 601处理器
2000年，IBM开始大批推出采用铜芯片的产品，如RS/6000的X80系列产品。铜技术取代了已经沿用了30年的铝技术，使硅芯片多CPU的生产工艺达到了0.20微米的水平，单芯片集成2亿个晶体管，大大提高了运算性能;而1.8V的低电压操作(原为2.5V)大大降低了芯片的功耗，容易散热，从而提高了系统的稳定性。
IBM PowerPC 604e(主频200MHz)