Memoria cache: Ce este și ce diferențe sunt între tipurile L1, L2 și L3

Acum câteva luni publicăm Articol dedicat revizuirii temeinic a celor mai importante elemente care dau viață unui procesor. Printre acestea este memoria cache, o componentă care a trăit o evoluție importantă în ultimele decenii, dar încă astăzi este un străin mare.

Știm că mulți dintre cititorii noștri sunt clară despre rolul jucat într-un procesor Morele, IPC și procesul de fabricație, dar memoria cache continuă să genereze câteva îndoieli și, prin urmare, am decis să facem acest articol special, în care vă vom spune tot ce aveți nevoie de cache în general și, de asemenea, pe Toate tipurile care există.

putem diferenția în prezent cache-ul în L1, L2 și L3, nomenclaturi cu care sunt identificate diferite niveluri în care sunt încadrate. Este, de asemenea, utilizat, deși rar, un tip de cache cunoscut sub numele de L4, în special în procesoarele care vin cu GPU-uri integrate.

mai presus de toate acestea, vom aprofunda următoarele linii, așa că se face confortabil, că există multe lucruri interesante de citit. Așa cum ne invităm întotdeauna să ne lăsăm întrebări în comentarii.

Memoria cache: Ce este și cum funcționează?

memorie cache: Ce Este și ce diferențe sunt între tipurile L1, L2 și L3 32

imagine a unui procesor de opt nuclee de opt nuclee. Așa cum vedem toate au acces la cache-ul L3.

cache-ul este, deoarece numele propriu indică un tip de memorie specific. Pe un computer există diferite tipuri de memorie care sunt grupate în două variante mari: memoria volatilă și memoria non-volatilă, fiind prima care pierde datele când oprim echipamentul (RAM, de exemplu) și cel de-al doilea că întreținerea (un hard disk sau un SSD).

Ei bine, cache-ul este un tip specific de memorie care este pregătit să suporte procesorul și care este capabil să lucreze la viteze foarte mari . Această memorie este împărțită în diferite niveluri așa cum am spus, dar funcția sa de bază este aceeași: susține procesorul pentru a-și îmbunătăți performanța.

în acest scop acționează ca un sistem de stocare de instrucțiuni și date capabile să comunice cu procesorul cu mare viteză. În mod normal, în datele cache și instrucțiunile sunt stocate că procesorul va trebui să completeze diferite sarcini pe termen scurt. Cu acest lucru, sunt evitate două lucruri foarte importante care ar putea reduce performanța:

  1. că procesorul trebuie să completeze ciclurile de lucru pentru a obține datele sau instrucțiunile de care aveți nevoie.
  2. că tu tu trebuie să acceseze memoria RAM (mai lentă decât memoria cache) pentru a obține astfel de date sau instrucțiuni.

viteza contoriei cache-ului și multe, dar și capacitatea aceluiași, deși pe Acest subiect vom vorbi la următorul punct. Este important să vă amintiți că, în cele mai vechi generații de procesoare, cache-ul L2 și L3 a fost integrat pentru o lungă perioadă de timp pe placa de bază și nu în încapsularea procesorului. Acest lucru a presupus că informațiile au trebuit să călătorească o distanță importantă în fiecare acces, care au încheiat un impact considerabil asupra performanței.

În prezent, toate tipurile de cache sunt integrate în încapsularea procesorului, cu singura excepție de la L4 Acest lucru, din motive de dimensiune și spațiu, intră de obicei într-o încapsulare proprie situată imediat după încapsularea principală. Acest lucru are consecințe importante, așa cum vom vedea mai jos.

Cache: tipuri și ierarhie

Imaginea unui procesor Intel Nehalem. Așa cum vedem cele patru nuclee au acces la cache-ul L3. Cercurile mari identifică cache-ul L2 și micul cache L1.

Am văzut deja ceea ce este și ce funcționează memoria cache. În general, este un sprijin important pentru procesator că, după cum am spus, este împărțită într-un total de trei nivele generale pe care le putem adăuga o cameră care nu este comună și care joacă un rol deosebit, deoarece vom explica mai târziu.

Diferențierea între cache L1, L2 și L3 este respectată la o ordine de ierarhie stabilită prin apropierea de procesor, viteză și capacitate. Vom folosi două exemple extreme, astfel încât să puteți vedea marile diferențe care pot fi în termeni de cantitate în funcție de fiecare CPU, deși funcția cache-ului va fi aceeași în toate cazurile.

  • Cache L1: Este cel mai de bază nivel, cel mai apropiat de procesor și cel mai rapid.Este, de asemenea, cea mai mică capacitate, de exemplu, un procesor cu două nucleuri, cum ar fi Pentium G4560, are 64 kb în total (32 KB per miez), deși cele mai puternice modele (seria Xeon și Epyc) pot ajunge la 3 MB fără probleme.
  • Cache L2: Este un nivel intermediar care prezintă un echilibru bun între capacitate, apropiere și viteză. Urmând exemplul anterior, Pentium G4560 are cache 512 KB (256 KB per miez) L2, dar un subțire 2990WX ajunge la 16 MB în total (512 KB per miez).
  • Caché L3: poziție la un nivel inferior decât cea anterioară în apropiere și la viteză, dar are o capacitate mult mai mare. Penitumul G4560 are 3 MB de cache L3 împărțit în cele două nuclee, în timp ce substratul 2990WX vine cu un total de 64 MB (16 MB partajat de fiecare bloc de opt nuclee).
  • Caché L4: ES A Tipul neobișnuit de cache care este utilizat în mod normal ca suport pentru îmbunătățirea performanței GPU integrate. De exemplu, Core i5 5775C a venit cu 6 MB de L3 și 128 MB de Edram ca cache L4, care a fost folosit ca un tampon pentru graficul Intel Iris Pro 6200. Astfel, lățimea de bandă a fost îmbunătățită și impactul de a recurge la RAM ca memorie grafică.

Când un procesor caută instrucțiuni și date care necesită primele stațiuni la memoria cache L1, dacă puteți Nu găsiți nimic, acesta recurge la cache-ul L2 și în cele din urmă la cache-ul L3. În cazul în care niciunul dintre cache-uri nu conține ceea ce căutați, nu are de ales decât să recurgeți la RAM, iar dacă nu este acolo în ea, trebuie să efectueze un ciclu de lucru complet, cu tot ceea ce presupune la nivelul de performanță .

Ei bine, pentru a accesa fiecare nivel de cache este necesar un anumit timp, o întârziere cunoscută ca latență și că aceasta reprezintă această întârziere pe care sistemul trebuie să o presupună până când procesorul găsește ceea ce aveți nevoie a munci. Latența de acces la memoria cache L1 este cea mai scăzută și crește considerabil la nivelurile L2 și L3, până la atingerea acoperișului în cazul accesului la Ram.

Această explicație ne ajută să înțelegem, de asemenea, referința au făcut anterior modelelor care au integrat cache-ul L2 și L3 pe placa de bază. Distanța dintre componente a crescut foarte mult latența și randamentul mult redus, ceva care ar putea fi depășit prin montarea celor trei tipuri principale de cache din Encapsularea CPU.

Note finale

Cache: Ce este și ce diferențe sunt între tipurile L1, L2 și L3 36

imagine a unui procesor Ryzen. Așa cum vedem cache-ul L3 este împărtășit în blocuri de patru nuclee.

Astăzi cache-ul a încetat să fie o problemă, deoarece chiar și cele mai de bază procesoare vin echipate cu cache L3, ceva care, totuși , nu sa întâmplat cu câțiva ani în urmă.

Nu trebuie să ne obsedăm cu acest subiect, deși este adevărat că impactul cache-ului în performanța generală a sistemului nu trebuie să fie uniformă, deja care depinde de alte aspecte cum ar fi arhitectura procesorului și de puterea sa brută și, de asemenea, indirect, viteza de lucru și latența berbecului.

De exemplu, arhitectura de bază monolitică utilizând procesoarele Intel permite procesoarele Intel pentru a lucra cu amintiri de cache mai rapide L3 care au o latență mai mică, în timp ce în cazul procesoarelor AMD Ryzen, se întâmplă, dimpotrivă, datorită arhitecturii MCM care separă cache-ul L3 în blocurile de bază, cunoscute sub numele de unități CCX Zen și zen + și chiplets (două u CCX nitities) în Zen 2.

Prin faptul că are un memoriu mai rapid, este posibilă, de asemenea, reducerea impactului care are absența datelor necesare în memoria cache, pe care o considerăm că a forțat procesorul să se uite la Ram. În viitoarele modele CPU-nivel, posibilitatea de a integra memoria cache L4 a fost ridicată ca suport total pentru CPU, iar integrarea RAM a fost de asemenea coborâtă prin stivuirea 3D, un subiect pe care îl ocupăm la momentul său în acest articol.

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *