ما هي ذاكرة التخزين المؤقت CPU ، وهل هي مهمة؟

مع منتجات مثل Ryzen 7 5800X3D ، كسب التاج مثل أفضل وحدة معالجة مركزية للألعاب، ربما تتساءل عن ماهية ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية ولماذا تعتبر مشكلة كبيرة في المقام الأول. نحن نعلم بالفعل أن معالجات Ryzen 7000 CPU القادمة من AMD والجيل الثالث عشر من معالجات Intel Raptor Lake ستركز على المزيد من ذاكرة التخزين المؤقت ، مما يشير إلى أن هذه ستكون مواصفات مهمة في المستقبل.

ولكن هل يجب أن تهتم بذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟ سنقوم بتفصيل ماهية ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية ، ولماذا هي مهمة جدًا ، وكيف يمكن أن تحدث فرقًا كبيرًا إذا كنت تلعب.

ما هي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟

ذاكرة التخزين المؤقت هي مقدار الذاكرة الموجودة داخلها وحدة المعالجة المركزية نفسها، إما مدمجة في النوى الفردية أو مشتركة بين بعض أو كل النوى. إنها ذاكرة مخصصة صغيرة تعيش مباشرة على المعالج بحيث لا تحتاج وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك إلى جلب المعلومات من ذاكرة الوصول العشوائي للنظام في كل مرة تريد فيها القيام بشيء ما على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يحتوي كل معالج على قدر صغير من ذاكرة التخزين المؤقت ، مع الحصول على وحدات المعالجة المركزية الأصغر حجمًا بضعة كيلوبايت فقط بينما يمكن أن تحتوي وحدات المعالجة المركزية الكبيرة على ذاكرة تخزين مؤقت تقدر بالميغابايت.

لكن قد تتساءل عن سبب أهمية ذاكرة التخزين المؤقت على الإطلاق عندما يكون لدينا ذاكرة الوصول العشوائي، خاصةً عندما يمكن أن تحتوي شريحة ذاكرة RAM واحدة على عدة غيغابايت من الذاكرة. الأمر كله يتعلق بالأداء. في التسعينيات ، بدأت وتيرة تحسين الأداء بين وحدات المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي في الظهور. بعد كل شيء ، ركز مصممو وحدة المعالجة المركزية على زيادة السرعة ، بينما أراد مصممو ذاكرة الوصول العشوائي زيادة السعة وإهمال السرعة. بالنسبة لمصممي وحدة المعالجة المركزية ، كانت هذه مشكلة لأن سرعة ذاكرة الوصول العشوائي هي عامل حاسم في أداء وحدة المعالجة المركزية للعديد من التطبيقات ، وكلما زادت الفجوة بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي ، كان من الصعب تحسينها أداء.

كان الكاش هو الحل. على الرغم من أن ذاكرة التخزين المؤقت ذات سعة قليلة مقارنة بذاكرة الوصول العشوائي ، إلا أن سرعتها العالية تعوضها في معظم الحالات. ومع ذلك ، فإن ذاكرة التخزين المؤقت ليست مثالية. ضعفها الرئيسي هو الحجم. ذاكرة التخزين المؤقت كبيرة فعليًا نظرًا لمدى ضآلة تخزينها. تعد ذاكرة التخزين المؤقت أيضًا مرنة لتقلص العقدة ، لذلك في حين أن النوى والمكونات الأخرى في وحدة المعالجة المركزية يمكن أن تتقلص بسهولة تامة من جيل إلى آخر ، تقل ذاكرة التخزين المؤقت بدرجة أقل. هذا يجعل ذاكرة التخزين المؤقت مكونًا مكلفًا للغاية لوحدة المعالجة المركزية ، وهو أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل ذاكرة التخزين المؤقت تحتوي عادةً على مقدار صغير من التخزين.

كيف تعمل ذاكرة التخزين المؤقت؟

أدى التبني السائد لذاكرة التخزين المؤقت إلى عمليات تنفيذ أكثر دقة لذاكرة التخزين المؤقت وذاكرة الوصول العشوائي حتى نقوم بذلك انتهى به الأمر مع التسلسل الهرمي للذاكرة ، مع وجود ذاكرة التخزين المؤقت في الأعلى ، وذاكرة الوصول العشوائي في المنتصف ، والتخزين في قاع. يسمح هذا النهج المتدرج للبيانات الهامة لوحدة المعالجة المركزية بأن تكون أقرب ماديًا إلى المعالج ، مما يقلل من زمن الوصول ويساعد جهاز الكمبيوتر الخاص بك على الشعور بالسرعة.

تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على التسلسل الهرمي الخاص بها ، أو مستويات التخزين المؤقت ، والتي يتم تقسيمها إلى ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 و L3. هذه كلها أنواع من ذاكرة التخزين المؤقت ، لكنها تؤدي وظائف مختلفة قليلاً.

ذاكرة التخزين المؤقت L1 هي المستوى الأول من ذاكرة التخزين المؤقت وأيضًا الأصغر ، وتنقسم عادةً إلى تعليمات L1 أو بيانات L1i و L1 أو L1d. كل نواة داخل وحدة المعالجة المركزية لها الجزء الحصري من ذاكرة التخزين المؤقت L1 ، والتي عادة ما تكون فقط بضعة كيلوبايت. نوع البيانات المخزنة في ذاكرة التخزين المؤقت L1 هي الأشياء التي استخدمتها وحدة المعالجة المركزية للتو أو تتوقع استخدامها قريبًا. إذا احتاجت وحدة المعالجة المركزية إلى بيانات غير موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت L1 ، فإنها تنتقل إلى المستوى التالي: L2.

مثل ذاكرة التخزين المؤقت L1 ، غالبًا ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت L2 حصرية لنواة وحدة معالجة مركزية واحدة ، ولكن في بعض وحدات المعالجة المركزية ، يتم مشاركتها بين عدة مراكز. إنها أيضًا أكبر بكثير ؛ على سبيل المثال ، يحتوي كل P-core في Core i9-12900K على 80 كيلو بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L1 ، بالإضافة إلى 1.25 ميغا بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، أي ما يقرب من 16 ضعفًا. ومع ذلك ، تتمتع ذاكرات التخزين المؤقت الأكبر بزمن انتقال أعلى ، مما يعني أن الاتصال بين قلب وحدة المعالجة المركزية وذاكرة التخزين المؤقت يستغرق وقتًا أطول. عندما تريد وحدات المعالجة المركزية إنجاز الأشياء في غضون ميكروثانية أو حتى نانو ثانية ، فإن وقت الاستجابة الأعلى قليلاً لذاكرة التخزين المؤقت L2 مهم. إذا لم تتمكن وحدة المعالجة المركزية من العثور على البيانات المطلوبة داخل ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، فإنها تطلب المستوى التالي: L3.

تعد ذاكرة التخزين المؤقت L3 مشكلة كبيرة: فهي مشتركة بين بعض أو كل النوى داخل وحدة المعالجة المركزية ، وهي كبيرة. يحتوي 12900K على 30 ميغا بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L3 ، على سبيل المثال ، 24 ضعف كمية ذاكرة التخزين المؤقت L2. يعد زمن انتقال ذاكرة التخزين المؤقت L3 أسوأ من L2 ، ولكن وجود ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة L3 أمر مهم حقًا لمنع وحدة المعالجة المركزية من طلب البيانات المطلوبة من ذاكرة الوصول العشوائي. باستثناء التخزين ، تتمتع ذاكرة الوصول العشوائي بأسوأ سرعة وزمن انتقال في التسلسل الهرمي للذاكرة ، وكلما احتاجت وحدة المعالجة المركزية إلى الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي للبيانات المطلوبة ، تتوقف الأمور. من الناحية المثالية ، سيتم تخزين أي شيء مهم على الأقل في ذاكرة التخزين المؤقت L3 لمنع حدوث تباطؤ هائل.

تحتوي بعض وحدات المعالجة المركزية (CPU) حتى على ذاكرة تخزين مؤقت L4 ، ولكنها تعمل عادةً مثل ذاكرة الوصول العشوائي الموجودة على حزمة وحدة المعالجة المركزية. تضمنت بعض أولى وحدات المعالجة المركزية 14 نانومتر من إنتل والمبنية على هندسة برودويل 128 ميجا بايت من الذاكرة الحيوية المدمجة ، و يمكن أن تأتي وحدات المعالجة المركزية لخادم Sapphire Rapids القادمة للشركة مع HBM2 ، والتي تستخدم نوعًا ما كمستوى إضافي من مخبأ.

هل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية مهمة للألعاب؟

ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية تحدث فرقًا كبيرًا للألعاب. على الرغم من أن الأداء أحادي الخيوط ، إلا أن التعليمات لكل ساعة (IPC) وسرعة الساعة يقال إنها الأكثر شيوعًا من العوامل المهمة في أداء الألعاب ، فقد أصبح من الواضح جدًا أن ذاكرة التخزين المؤقت ربما تكون أهم عامل في التنافس بين AMD و Intel.

تعد ذاكرة التخزين المؤقت مهمة جدًا للألعاب نظرًا لطريقة تصميم الألعاب اليوم. تحتوي الألعاب الحديثة على الكثير من العشوائية ، مما يعني أن وحدة المعالجة المركزية تحتاج باستمرار إلى تنفيذ تعليمات بسيطة. بدون ذاكرة تخزين مؤقت كافية ، تضطر بطاقة الرسومات الخاصة بك إلى الانتظار على وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك حيث تتراكم الإرشادات و يسبب اختناق. يمكنك أن ترى مثالاً على مقدار الاختلاف الذي يحدث مع 3D V-Cache من AMD التكنولوجيا في لعبة Far Cry 6 أقل.

لقد رأينا اتجاهًا نحو المزيد من ذاكرة التخزين المؤقت للألعاب في السنوات الأخيرة. كانت وحدات المعالجة المركزية Ryzen 3000 من AMD تحتوي على ضعف ذاكرة التخزين المؤقت L3 مقارنة بالجيل السابق وكانت أسرع بكثير للألعاب ، مما أدى إلى اللحاق بشركة Intel تقريبًا. عندما تم إطلاق Ryzen 5000 ، لم تضف AMD المزيد من ذاكرة التخزين المؤقت ، لكنها وحدت كتلتين من ذاكرة التخزين المؤقت L3 داخل وحدة المعالجة المركزية ، مما قلل بشكل كبير من زمن الوصول ووضع AMD في مقدمة أداء الألعاب. ضاعفت AMD مع تقنية 3D V-Cache الخاصة بها على Ryzen 7 5800X3D، والتي تكدس شريحة 64 ميجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L3 أعلى وحدة المعالجة المركزية بإجمالي 96 ميجابايت ، أكثر من الرائد Ryzen 9 5950X.

تلعب Intel دورًا في اللحاق بالركب مع AMD ، والجيل الحالي من وحدات المعالجة المركزية Alder Lake تصل إلى 30 ميجابايت ذاكرة التخزين المؤقت L3 ، وهي أقل بكثير من معظم وحدات المعالجة المركزية Ryzen ، ولكنها تحتوي أيضًا على الكثير من L1 و L2 مخبأ. ومع ذلك ، فإن عيب Intel في سعة L3 لا يعني أن Ryzen 5000 CPUs أسرع بكثير للألعاب. في مراجعة Core i9-12900K، وجدنا أن 12900K كانت مرتبطة بـ Ryzen 9 5950X لأداء الألعاب.

يكاد يكون من المؤكد أن السباق على ذاكرة التخزين المؤقت سيستمر في المستقبل Ryzen 7000 ووحدات المعالجة المركزية بحيرة رابتور. تم التأكيد على أن Ryzen 7000 لديها ضعف ذاكرة التخزين المؤقت L2 من Ryzen 5000 ، ومن المحتمل أن نرى المزيد من وحدات المعالجة المركزية باستخدام V-Cache. وفي الوقت نفسه ، ليس لدى Intel نسختها الخاصة من V-Cache ، ولكن يُشاع أن Raptor Lake لديها ذاكرة تخزين مؤقت L3 أكثر بكثير من Alder Lake ، فقط في وحدة المعالجة المركزية نفسها.

توصيات المحررين

• أحدث شريحة V-Cache من AMD تثبت أنها رخيصة وسريعة ومثالية للألعاب
• كيف نختبر مكونات وأجهزة الكمبيوتر
• إليكم سبب استياء الناس من أخبار Starfield PC اليوم
• أفضل أجهزة الكمبيوتر الشخصي: الميزانية ، والألعاب ، وتحرير الفيديو ، والمزيد
• ربما تكون AMD قد مكنت للتو أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تعمل بألعاب MacBook ، لكنني ما زلت متشككًا