AMD втиснула 64-битную поддержку в Sempron без редизайна. Это неизбежно повлекло за собой множество компромиссов, поскольку дизайн, оптимизированный для 64-битной работы, имел бы много принципиальных отличий на очень низком уровне.
В результате 64-разрядные операции в 64-разрядном режиме на Sempron выполняются примерно на 35% медленнее, чем аналогичные 32-разрядные операции в 32-разрядном режиме. Конечно, если вам нужно две 32-битные операции вместо одной 64-битной, это все равно выигрыш для 64-битного режима. Но если вы заменяете 64-битные операции 32-битными, как ядро делает для указателей, вы принимаете это снижение производительности.
Есть еще много преимуществ для 64-битной работы. 64-битные операции значительно быстрее в те времена, когда они вам нужны. И у вас в два раза больше регистров общего назначения.
К сожалению, 64-битные программы, как правило, требуют большей пропускной способности памяти, чем 32-битные программы, и у Sempron есть контроллер памяти с одним каналом. Она скрывает эту стоимость от кешей, но 64-битные программы перемещают больше данных и, как правило, имеют более высокую частоту пропадания кэш-памяти при том же размере кеша.
Так что ваши результаты не так уж удивительны.