CPU 核心以MIPS32架构的R4000的设计为基础，并具备浮点数处理器（FPU）以及向量浮点数处理器（VFPU）各一，可达成每秒2.6GFlops以上的浮点数运算效能（PS2 约为6.2GFlops）；媒体引擎采用与CPU核心相同的R4000，并具备独立的2MB 内嵌式内存，用以辅助系统进行影音串流的处理。
GPU主要由表面引擎（Surface Engine）、着色引擎（Rendering Engine）与内嵌式绘图内存所构成。表面引擎负责高次曲面拆解与多边形顶点的处理，以及光源效果的计算等，可达成每秒最高5.8万次曲面的拆解处理（拆解为16 x 16）与每秒3300万多边形的处理；着色引擎负责多边形贴图与像素的绘制，处理效率为每秒最高6.64 亿（664M）像素。并由总线宽度512位、容量2MB的内嵌式内存负责相关处理的储存空间，在166MHz的时脉下可提供10GBps的频宽。支持指向性光源、边界切割、环境投射、材质贴图、雾化、透射、深度与模板测试（Depth & Stencil Test），以及网点抖色处理等3D图形处理的功能。
VME是一个具备内嵌式内存，可程序化控制改变数据处理流程，以适应包括H.264（基于MPEG-4标准的影像压缩技术）影像解压缩，以及音效处理等不同处理需求的向量处理单元，藉由可动态变更数据处理流程的设计，提高处理单元的利用率，精简芯片设计并降低功率的消耗。
PSP处理芯片并配备数字加密处理单元，藉以保护储存媒体（游戏或影音出版物）的内容与系统不被破解。芯片由600万闸所构成（晶体管数未公布），以90纳米7层铜导线制程所制造，CPU 核心与媒体引擎时脉为1～333MHz可变，内部系统总线、图形处理器与内嵌内存以一半的时脉0.5～166MHz运作，核心电压0.8～1.2V，具备动态关闭闲置处理单元的省电控制功能，在执行H.264译码时消耗功率低于0.5瓦。芯片为540接脚LFBGA封装，由SONY半导体九州长崎厂生产。
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