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ATI Technologiesが開発したR420 GPUは、同社の第3世代DirectX 9.0/ OpenGL 2.0対応グラフィックスカードの基盤となった。Radeon X800で初めて採用されたR420は、0.13マイクロメートル（130nm ）の低誘電率フォトリソグラフィプロセスで製造され、 GDDR-3メモリを使用していた。このチップはAGPグラフィックスカード向けに設計された。
このコアのドライバサポートはCatalyst 9.4で終了しており、その結果、X700～X850製品のWindows 7に対する公式サポートは提供されていません。 [ 1 ]
サポートされている DirectX 機能に関して言えば、R420 (コードネームLoki ) はR300と非常によく似ていました。R420 は基本的に、以前のアーキテクチャに対して「幅が広いほど良い」というアプローチを採用し、さまざまな方法でそれを強化する小さな調整がいくつか加えられています。このチップには、Radeon 9800 XT の R360 (R350 のマイナー進化版) と比較して、ピクセルと頂点プッシュのリソースが 2 倍以上搭載されており、16 個のDirectX 9.0bピクセルパイプラインと 16 個の ROP を備えています。X800 XT は基本的に、2 つの Radeon 9800 コアが接続され、クロック速度が約 30% 高い状態で動作していると考えるのも無理はありません。
R420 の設計は、4 つの「クワッド」構成（クワッドごとに 4 つのパイプライン）でした。この構成により、ATI は欠陥のある「クワッド」を無効化し、12、8、あるいは 4 つのピクセル パイプラインを備えたチップを販売することが可能になりました。これは、Radeon 9500/9700 および 9800SE/9800 で使用された技術の進化形です。「クワッド」への分割により、ATI はチップ全体の効率を最適化するシステムを設計することも可能になりました。「クワッド ディスパッチ システム」と呼ばれるこのシステムでは、画面がタイル状に分割され、処理が個々の「クワッド」に均等に分散され、スループットが最適化されます。R300 シリーズのチップも同様の方法でタスクを実行していましたが、R420 では、プログラム可能なタイル サイズを可能にすることで、より細かいレベルでワークフローを制御できるように改良されました。タイル サイズを小さくすることで、ATI はさまざまな三角形のサイズに合わせて最適化することができたようです。
ATI はピクセル パイプラインの数を倍増させた際に、頂点シェーダーエンジンの数も 4 から 6 に増やしました。これにより、ピクセル/頂点シェーダーの比率は 2:1 (R300 の場合) から 8:3 に変わり、ATI は 2004 年以降のゲームのワークロードがジオメトリベースよりもピクセル シェーダーとテクスチャリングに重点が置かれていると考えていたことが分かります。ノーマル マップとパララックス マップがモデルの詳細を表現するための純粋なジオメトリの複雑さに取って代わりつつあったため、間違いなくそれが理由の一部でした。奇妙なことに、X700 メインストリーム カード (RV410) は、2 つのクアッドしか搭載していないにもかかわらず、6 つの頂点シェーダーを備えていました。そのため、このチップは明らかにテクスチャリングよりも重いジオメトリ負荷向けに設計されており、おそらくFireGLチップとしての役割に特化していたと考えられます。RV410 はジオメトリ スループットでも NVIDIA のGeForce 6600GT (3 つの頂点シェーダー)を大幅に上回っていました。 R420とRV410の6つの頂点シェーダーと、前世代よりも高いクロック速度を組み合わせることで、ATIは9800XTのジオメトリ処理能力を2倍以上に向上させることができました。
R420ベースのチップは基本的にR300ベースのコアと似ていますが、ATIはピクセルシェーダーユニットを微調整して強化し、柔軟性を高めました。新しいピクセルシェーダーバージョン（PS2.b）は、通常のPS2.0よりもシェーダープログラムの柔軟性をわずかに高めましたが、それでも完全なPS3.0の機能には及びませんでした。このPS2.0の新しい改訂版では、ピクセルシェーダープログラムで使用できる命令とレジスタの最大数が増加しました。[ 2 ]
ATIは、同社のチップが対応可能な新しいアンチエイリアシング技術であるテンポラルアンチエイリアシングを発表しました。60フレーム/秒を超えるフレームレートによるフレーム・トゥ・アイ効果を利用することで、GPUはフレーム間でアンチエイリアシングのサンプリングパターンを回転させ、エイリアシングされたエッジをより滑らかにすることができます。ソフトウェア設定で2倍に設定した場合、知覚的には4倍と同等の効果が得られます。ただし、システムが少なくとも60フレーム/秒を維持できる必要があり、そうでなければテンポラルアンチエイリアシングによって目立ったちらつきが発生し、ユーザーは交互に切り替わるAAパターンを目にすることになります。フレームレートが維持できない場合、ドライバはテンポラルAAを無効にします。しかし、このパフォーマンスレベルを維持できるゲームでは、テンポラルAAはATIの優れたアンチエイリアシングオプションに素晴らしい追加機能となります。なお、ATIの「テンポラルAA」は、実際には空間AAのための時間的ディザリングフィルタであり、事実上の時間的アンチエイリアシング（連続する画面からの時間的サブサンプルの制御されたブレンドを伴う必要がある）ではありませんでした。
コアに追加されたもう 1 つの注目すべき機能は、「3Dc」と呼ばれる新しいタイプのノーマル マップ圧縮でした。テクスチャ圧縮が長年Direct3D仕様の一部であり、通常のテクスチャの圧縮に使用されてきたのと同様に、ノーマル マップ圧縮はこの新しいタイプのサーフェス詳細レイヤーを圧縮しました。DirectX テクスチャ圧縮 ( DXTC ) はブロックベースであり、ノーマル マップのさまざまなデータ プロパティ用に設計されていなかったため、詳細の損失やその他のアーティファクトを防ぐために新しい圧縮方法が必要でした。3Dc は、実際には 3Dc をサポートしていないハードウェアのフォールバック オプションであった修正 DXT5 モードに基づいています。ノーマル マッピングを多用するソフトウェアは、3Dc を使用することでフィルレートと帯域幅の節約により大幅な速度向上を得ることができました。ATI は、プロモーション用のリアルタイム デモ「Ruby: The Doublecross」で、チップの多くの新機能を披露しました。
GPUのその他の部分はほとんどR300と非常に似ていた。メモリコントローラとメモリ帯域幅最適化技術（HyperZ）は同一だった。
R420は実際にはATIの二次的な第4世代プロジェクトであり、内部コードネーム「Crayola」と呼ばれていた当初のR400計画は破棄された。[ 3 ] R400は、統一シェーダーモデル3シェーダーサポートなどの機能強化により、より機能が充実していたが、ATIはR400が利用可能なアプリケーションにとって不必要に複雑であり、当時の利用可能な半導体製造プロセスで開発するには潜在的にリスクがあると判断したと考えられている。[ 4 ]そのため、R400アーキテクチャはXbox 360ビデオゲームコンソールで使用されたXenosチップにのみ実装され、 [ 5 ]当初AMD Z430と呼ばれていたQualcomm Adreno 200モバイルGPUのベースとなった。 [ 6 ] Radeonラインでは、Direct3D 9.0c機能のサポートはR500アーキテクチャに基づく次の世代に移行し、第4世代はR300由来のR420で提供された。
初期のRadeon X800シリーズカードはR420コアをベースにしていました。このシリーズにはRadeon X800 XT Platinum EditionとRadeon X800 Proが含まれていました。X800 XT PEは コアクロック520MHz、 RAMクロック560MHzで、16本のパイプラインが有効になっていました。X800 Proは475/450MHzで 、1つのクアッドが無効化され、12本のピクセルパイプラインが機能していました。つまり、X800 Proは半ば欠陥のあるR420コアをベースに作られていました。X800 Pro VIVO（ビデオ入力ビデオ出力）もリリースされ、無効化されたクアッドを有効化することで、より低価格で完全に機能するX800 XT PEが実現できたため、オーバークロッカーの間で人気がありました。
Radeon X700 (RV410) シリーズは、2004 年 9 月に X600 の後継として登場しました。X700 Pro は コアクロックが 425 MHz で、0.11 マイクロメートル プロセスで製造されています。RV410 は、8 つのピクセル パイプラインが 4 つの ROP に接続されたレイアウト ( GeForce 6 600 と同様) を採用し、X800 の 6 つの頂点シェーダーを維持しています。110 nm プロセスはコスト削減プロセスであり、高クロック速度のためではなく、高歩留まりを維持しながらダイサイズを縮小するために設計されました。X700 XTは生産が計画され、さまざまなハードウェア Web サイトによってレビューされましたが、リリースされませんでした。X700 XT は ATI が利益を上げて生産するにはクロックの上限が高すぎると考えられていました。また、X700 XT は nVidia の優れたGeForce 6 600GT と十分に競争できるものではありませんでした。ATI は代わりに X800 シリーズのカードを生産して対抗しました。
Radeon X800 「R430」ベースの110ナノメートルシリーズは、ATIの新しいX850カードとともに2004年末に発表されました。X800は、12本のパイプラインと256ビットのRAMバスを備え、X700 XTが獲得できなかったポジションを置き換えるように設計されました。このカードは、GeForce 6 800と同等のパフォーマンスで6600GTをはるかに凌駕しました。近縁のX800 XLは、より高いメモリ速度とパフォーマンスを向上させるための16本のパイプラインを備え、NVIDIAのGeForce 6800 GTを凌駕するように位置付けられました。R430は主にGPUあたりのコストを削減するように設計されていたため、高いクロック速度に到達できず、新しい最上位コアがまだ必要とされていました。新しいハイエンドR4x0世代はX850シリーズで登場し、R420ベースのX800シリーズよりも若干高いパフォーマンスを実現するために、様々なコアの調整が施されています。R480ベースのX850シリーズは、X850 Pro、X850 XT、X850 XT Platinum Editionの3種類があり、信頼性の高い高性能130nm Low-Kプロセスで製造されて います。
2005 年、ATI は「動作する」ものの、X800 または X850 シリーズのカードで使用するには不十分なダイを多数保有していました。そこで、新しいSKUであるX800 GTが作成されました。これは、2 つの機能的なクアッドを備え、475 MHz で動作できる任意の「R480」 X850 ダイまたは「R430」 X800 XL ダイを使用しました。 これらは、以前の「R430」ベースの X800 に加えて、GeForce 6600GT と競合することを目的としていました。ATI はまた、400 MHzでクロックされる「R480」または「R430」ダイのいずれかを使用する 12 パイプライン カード (3 つのクアッド) である X800 GTO もリリースしました。このカードは、X800 GT と X800 XL の中間の性能でした。通常のGeForce 6 800 よりは高速でしたが、GeForce 6800 GT よりは低速でした。このカードの売れ行きが好調だったのは、比較的高い性能に加え、価格がX800 GTよりわずかに高いだけだったためだ。オーバークロック愛好家たちは、R480ベースのGTOがX850 XTに近いクロック速度に頻繁に到達できることを発見した。
最後に、もう 1 つの SKU は、R480 をベースにしたX800 GTO²でした。これもX800 GTO と同様にSapphire Technologyによって製造されました。このカードは通常、X800 GTO と同様に 3 クアッド構成で出荷されました。GTO² はBIOS の変更により、ほぼ常に完全な 4 クアッド カードにできたため、GTx シリーズの中ではユニークでした。[ 7 ]一部の X800 GTO² カードは、すでに完全な 4 クアッドが有効になっている状態で出荷されましたが、これらのカードの中には R480 ではなく R430 のものもあり、X850 のようなクロック速度に到達できませんでした。GTO シリーズの最後のバリエーションは、Powercolor の「R430」ベースのX800 GTO-16など、16 パイプラインが正式に有効になっている特別な GTO ボードでした。
これらのGPUは、マザーボードに統合されているか、モバイルPCI Expressモジュール（MXM）に搭載されています。