前情提要：淺談x86的SIMD指令擴張史(上)。MMX到SSE有了對應IEEE 754單精確度浮點格式的SSE還是不夠，最起碼，當時的x86處理器還缺了3個重要的關鍵點：
- 64位元雙倍浮點精確度。
- 受制於x86指令的編碼，暫存器才少少的8個。
- x86的雙運算元(A = A + B)格式，會摧毀其中1個暫存器原本的資料(如例子中的A)，要保存資料，需事先搬移到其他的暫存器，增加程式碼體積，更讓第二個問題雪上加霜。
SSE2提供IEEE754 64位元雙倍精確度
2001年隨著Pentium 4而問世的144個SSE2指令解決了第一個問題，包含了一系列的快取記憶體控制指令，並順便擴充了MMX，雖然這時候的SSE2已足以完全取代MMX了。
指令數量之所以會激增，也是為了提供更多樣化的「花式」資料操作。但也請注意，這些指令集也不是每個指令都會進行SIMD運算。
如果應用程式已經使用80x87的80位元延伸精確度格式，轉到SSE2仍會產生數值誤差，所以不可能完全廢棄這古老的包袱，即使微軟的Visual Studio從2012年開始，浮點運算就預設使用SSE2，意思就是微軟已經認定那時候的電腦都有SSE2可用了。。
AMD x86-64倍增資料暫存器
某種意義上來說Intel也是因禍得福，當然他們絕對不會這樣想。
AMD透過刪除INC/DEC指令，擠出空間實作REX prefix，提供在64位元模式新增暫存器的指令編碼空間，讓x86指令編碼中所有可標定暫存器的3位元欄位，都擴展到了4位元，只要指令多出了REX Prefix這1個Byte，64位元x86處理器即可享受到倍增的資料暫存器。不過，程式不一定用到新暫存器，代表REX並非「必備品」，當啟動新暫存器時，REX會無預警增加指令長度，提高最佳化指令解碼器設計的困難度。
慘劇就發生在Intel Core 2家族(Merom, Penryn)身上，只要是64位元模式，前後相鄰的「比較(Compare)/跳躍(Jump)」合而為單一條件運算的「巨集指令融合(Macro Fusion)機制」就自動人間蒸發。
AMD發表x86-64時很多人拍手叫好，但實際上因過度重視對32位元的相容性與最低的硬體修改成本(K8是由K7延伸出來的產物)，AMD的擴充手段並不乾淨俐落，日後也同時造成所有(實質上也就那兩家)x86處理器廠商的困擾。
在AMD手上「結束」的SSE
在革命性的AVX出現前，Intel仍持之以恆的擴充SSE指令集，像數值轉換、載入長度不同的向量值、如何讓資料「對齊」等細節就姑且在此不談了，重點如下：
- SSE3：又稱PNI(Prescott New Instructions)，追加13個指令，「總算」支援了在AMD 3DNow!已存在的「水平」運算，能對同一個XMM暫存器內的資料進行「橫向」處理，不再只能「向下操作」。
- SSSE3：TNI(Tejas New Instructions)或MNI(Merom New Instructions) ，SSE3的「補充包」，因為16個新指令都可操作XMM和MMX暫存器，因此在某些文件也被視為「32個指令」。
- SSE4.1：Intel在Penryn加入的47個新指令。
- SSE4.2：Intel在Nehalem加入的7個新指令。
- SSE4a：AMD在原生四核心的K10「Barcelona」選擇性支援4個SSE4指令和4個初代SSE指令，後來的推土機家族就很乾脆的全部吃下所有的「SSE4」了。
在這裡就不得不提AMD搶先在Intel之前註冊商標的「SSE5」，AMD用全新的Opcode3與DREX欄位徹底取代REX，實現了x86指令集前所未有的「三運算元格式/四運算元語法」與「乘積累加(Multiply Accumulation，A = A x B + C)」指令，彌補自己年輕時所犯下「成功的錯誤」，但還好AMD沒有硬推SSE5，「皈依」更加簡潔有條理的Intel AVX，要不然微軟為首的軟體廠商們又要抓狂了，科科。
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