Ce travail a été effectué dans le contexte d'un projet financé par l'ERC, Defying Amdahl's Law (DAL), dont l'objectif est d'explorer les techniques micro-architecturales améliorant la performance des processeurs multi-cœurs futurs. Le projet prévoit que malgré les efforts investis dans le développement de programmes parallèles, la majorité des codes auront toujours une quantité signifiante de code séquentiel. Pour cette raison, il est primordial de continuer à améliorer la performance des sections séquentielles des-dits programmes. Le travail de recherche de cette thèse porte principalement sur l'étude des différences entre les sections parallèles et les sections séquentielles de programmes multithreadés (MT) existants. L'exploration de l'espace de conception des futurs processeurs multi-cœurs est aussi traitée, tout en gardant à l'esprit les exigences concernant ces deux types de sections ainsi que le compromis performance-surface.