在Sandy Bridge架构中，最大的改进要算是增加了全新的AVX指令集——Advanced Vector Extensions，高级矢量扩展。这个指令集的增加是X86处理器中的重要内容，不仅仅是提供了更为良好的性能，同时也是对现有指令集的整合与优化。
介绍AVX指令集之前，先要引入一个向量的概念。所谓向量，就是多个标量的组合，通常意味着SIMD（单指令多数据），就是一个指令同时对多个数据进行处理，达到很大的吞吐量。早在1996年，英特尔就在X86架构上应用了MMX（多媒体扩展）指令集，那时候还仅仅是64位向量。到了1999年，SSE（流式SIMD扩展）指令集出现了，这时候的向量提升到了128位。
如今，Sandy Bridge的AVX将向量化宽度扩展到了256位，原有的16个128位XMM寄存器扩充为256位的YMM寄存器，可以同时处理8个单精度浮点数和4个双精度浮点数。换句话说，Sandy Bridge的浮点吞吐能力可以达到前代的两倍。不过现在，AVX的256位向量还仅仅能够支持浮点运算。不过AVX的特别之处在于，它可以应用128位的SIMD整数和SIMD浮点路径。
AVX指令集是和Sandy Bridge微架构紧密结合的，因此，微架构的浮点寄存器也要从128位扩展到256位，此外，Load单元也要适应一次载入256位的能力，Sandy Bridge没有直接扩展原有Load单元的位宽，而是通过增加了一个Load单元来达到256bit Load的能力。
在进行新性能扩展的同时，AVX指令集的出现对于原有的X86指令集也进行了优化与重新组合——这主要源于AVX指令集新的操作码编码方式。AVX指令集的编码方式叫做VEX（Vector Extension），其主要用途是缩短指令长度，降低无谓的代码冗余，并且也降低了对解码器的压力，实现的方式也很特别——压缩各式各样的Prefix前缀，集中到一个比较固定的字段中，从而达到了精简指令集的目的。
