Τι είναι η προσωρινή μνήμη CPU και είναι σημαντική;

Με προϊόντα όπως το Ryzen 7 5800X3D να κερδίζουν το στέμμα ως το καλύτερη CPU για gaming, πιθανώς αναρωτιέστε τι είναι η κρυφή μνήμη CPU και γιατί είναι τόσο μεγάλη εξαρχής. Γνωρίζουμε ήδη ότι οι επερχόμενοι επεξεργαστές Ryzen 7000 της AMD και οι επεξεργαστές Raptor Lake 13ης γενιάς της Intel θα επικεντρωθούν σε περισσότερη κρυφή μνήμη, σηματοδοτώντας ότι αυτό θα είναι μια κρίσιμη προδιαγραφή στο μέλλον.

Αλλά πρέπει να σας ενδιαφέρει η προσωρινή μνήμη της CPU; Θα αναλύσουμε τι είναι η προσωρινή μνήμη CPU, γιατί είναι τόσο σημαντική και πώς μπορεί να κάνει τεράστια διαφορά αν παίζετε παιχνίδια.

Τι είναι η προσωρινή μνήμη CPU;

Η κρυφή μνήμη είναι η ποσότητα της μνήμης που βρίσκεται μέσα η ίδια η CPU, είτε ενσωματωμένο σε μεμονωμένους πυρήνες είτε κοινόχρηστο μεταξύ ορισμένων ή όλων των πυρήνων. Είναι ένα μικρό κομμάτι της αποκλειστικής μνήμης που μένει απευθείας στον επεξεργαστή, έτσι ώστε η CPU σας να μην χρειάζεται να ανακτά πληροφορίες από τη μνήμη RAM του συστήματός σας κάθε φορά που θέλετε να κάνετε κάτι στον υπολογιστή σας. Κάθε επεξεργαστής έχει μια μικρή ποσότητα μνήμης cache, με τις μικρότερες CPU να λαμβάνουν ίσως μόνο μερικά kilobyte, ενώ οι μεγάλες CPU μπορούν να έχουν πολλά megabyte cache.

Αλλά ίσως αναρωτιέστε γιατί η προσωρινή μνήμη είναι απαραίτητη όταν έχουμε RAM, ειδικά όταν ένα μόνο stick μνήμης RAM μπορεί να έχει πολλά gigabyte μνήμης. Όλα είναι θέμα απόδοσης. Στη δεκαετία του 1990, ο ρυθμός βελτίωσης της απόδοσης μεταξύ των CPU και της RAM άρχισε να γίνεται εμφανής. Άλλωστε, οι σχεδιαστές CPU επικεντρώθηκαν στην αύξηση της ταχύτητας, ενώ οι σχεδιαστές RAM ήθελαν να αυξήσουν τη χωρητικότητα και παραμέλησαν την ταχύτητα. Για τους σχεδιαστές CPU, αυτό ήταν ένα πρόβλημα, επειδή η ταχύτητα RAM είναι ένας κρίσιμος παράγοντας στην απόδοση της CPU για πολλές εφαρμογές, και όσο μεγαλύτερο ήταν το χάσμα CPU-RAM, τόσο πιο δύσκολο θα ήταν να βελτιωθεί εκτέλεση.

Η κρυφή μνήμη ήταν η λύση. Αν και η κρυφή μνήμη έχει μικρή χωρητικότητα σε σύγκριση με τη μνήμη RAM, η υψηλή ταχύτητά της την αντισταθμίζει στις περισσότερες περιπτώσεις. Ωστόσο, η προσωρινή μνήμη δεν είναι τέλεια. Η κύρια αδυναμία του είναι το μέγεθος. Η προσωρινή μνήμη είναι φυσικά μεγάλη για το πόσο λίγα μπορεί να αποθηκεύσει. Η κρυφή μνήμη είναι επίσης ανθεκτική στις συρρικνώσεις κόμβων, οπότε ενώ οι πυρήνες και τα άλλα στοιχεία σε μια CPU μπορούν να συρρικνωθούν πολύ εύκολα από τη μια γενιά στην άλλη, η κρυφή μνήμη συρρικνώνεται πολύ λιγότερο. Αυτό καθιστά την κρυφή μνήμη ένα πολύ ακριβό στοιχείο μιας CPU, που είναι ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους η προσωρινή μνήμη έχει συνήθως τόσο μικρό χώρο αποθήκευσης.

Πώς λειτουργεί η προσωρινή μνήμη;

Η γενική υιοθέτηση της κρυφής μνήμης είχε ως αποτέλεσμα πιο διαφοροποιημένες υλοποιήσεις της κρυφής μνήμης και της μνήμης RAM έως ότου εμείς κατέληγε στην ιεραρχία της μνήμης, με cache στην κορυφή, RAM στη μέση και αποθήκευση στο κάτω μέρος. Αυτή η κλιμακωτή προσέγγιση επιτρέπει στα κρίσιμα δεδομένα για την CPU να είναι φυσικά πιο κοντά στον επεξεργαστή, μειώνοντας την καθυστέρηση και βοηθώντας τον υπολογιστή σας να αισθάνεται ζωηρός.

Η κρυφή μνήμη έχει τη δική της ιεραρχία ή επίπεδα κρυφής μνήμης, τα οποία χωρίζονται σε L1, L2 και L3 cache. Αυτά είναι όλα τα είδη κρυφής μνήμης, αλλά εκτελούν ελαφρώς διαφορετικές λειτουργίες.

Η κρυφή μνήμη L1 είναι το πρώτο επίπεδο της κρυφής μνήμης και επίσης το μικρότερο, που συνήθως χωρίζεται σε εντολή L1 ή L1i και L1 δεδομένα ή L1d. Κάθε πυρήνας μέσα σε μια CPU έχει το αποκλειστικό κομμάτι της προσωρινής μνήμης L1, το οποίο είναι συνήθως μόνο μερικά kilobyte. Το είδος των δεδομένων που αποθηκεύονται στην κρυφή μνήμη L1 είναι πράγματα που η CPU μόλις χρησιμοποίησε ή αναμένει να χρησιμοποιήσει άμεσα. Εάν η CPU χρειάζεται δεδομένα που δεν βρίσκονται στη μνήμη cache L1, πηγαίνει στο επόμενο επίπεδο: L2.

Όπως η προσωρινή μνήμη L1, η κρυφή μνήμη L2 είναι συχνά αποκλειστική σε έναν πυρήνα CPU, αλλά σε ορισμένες CPU, μοιράζεται μεταξύ πολλών πυρήνων. Είναι επίσης πολύ, πολύ μεγαλύτερο. Για παράδειγμα, κάθε P-core στον Core i9-12900K έχει 80 kilobyte L1 cache, καθώς και 1,25 megabyte L2 cache, σχεδόν 16 φορές περισσότερο. Ωστόσο, οι μεγαλύτερες κρυφές μνήμες έχουν υψηλότερη καθυστέρηση, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να πραγματοποιηθεί η επικοινωνία μεταξύ του πυρήνα της CPU και της κρυφής μνήμης. Όταν οι CPU θέλουν να ολοκληρώσουν πράγματα σε λίγα μικροδευτερόλεπτα ή ακόμα και νανοδευτερόλεπτα, η ελαφρώς υψηλότερη καθυστέρηση της προσωρινής μνήμης L2 έχει σημασία. Εάν μια CPU δεν μπορεί να βρει τα ζητούμενα δεδομένα εντός της κρυφής μνήμης L2, ζητά το επόμενο επίπεδο: L3.

Η προσωρινή μνήμη L3 είναι μεγάλη υπόθεση: μοιράζεται μεταξύ ορισμένων ή όλων των πυρήνων σε μια CPU και είναι μεγάλη. Το 12900K έχει 30 MB προσωρινής μνήμης L3, για παράδειγμα, 24 φορές το ποσό της προσωρινής μνήμης L2. Η καθυστέρηση της κρυφής μνήμης L3 είναι ακόμη χειρότερη από την L2, αλλά η ύπαρξη μεγάλης κρυφής μνήμης L3 είναι πολύ σημαντική για να αποτρέψει την ανάγκη της CPU να ζητήσει από τη μνήμη RAM τα απαραίτητα δεδομένα. Εκτός από την αποθήκευση, η RAM έχει τη χειρότερη ταχύτητα και καθυστέρηση στην ιεραρχία της μνήμης και όποτε η CPU χρειάζεται να αποκτήσει πρόσβαση στη μνήμη RAM για τα απαιτούμενα δεδομένα, τα πράγματα σταματούν. Στην ιδανική περίπτωση, οτιδήποτε σημαντικό θα αποθηκευτεί τουλάχιστον στην κρυφή μνήμη L3 για να αποφευχθεί μια τεράστια επιβράδυνση.

Ορισμένες CPU έχουν ακόμη και προσωρινή μνήμη L4, αλλά συνήθως λειτουργεί ως RAM που βρίσκεται στο πακέτο της CPU. Ορισμένες από τις πρώτες CPU 14 nm της Intel που βασίζονται στην αρχιτεκτονική Broadwell περιελάμβαναν 128 MB ενσωματωμένης μνήμης DRAM και οι επερχόμενοι επεξεργαστές διακομιστή Sapphire Rapids της εταιρείας μπορούν να συνοδεύονται από HBM2, το οποίο χρησιμοποιείται σαν ένα επιπλέον επίπεδο κρύπτη.

Έχει σημασία η προσωρινή μνήμη της CPU για τα παιχνίδια;

Η κρυφή μνήμη CPU κάνει μεγάλη διαφορά για gaming. Αν και η απόδοση ενός νήματος, οι οδηγίες ανά ρολόι (IPC) και η ταχύτητα ρολογιού παραδοσιακά λέγεται ότι είναι οι περισσότερες σημαντικοί παράγοντες στην απόδοση του παιχνιδιού, έχει γίνει πολύ σαφές ότι η προσωρινή μνήμη είναι ίσως ο πιο σημαντικός παράγοντας από όλους στον ανταγωνισμό μεταξύ AMD και Intel.

Η προσωρινή μνήμη είναι τόσο σημαντική για τα παιχνίδια λόγω του τρόπου σχεδιασμού των παιχνιδιών σήμερα. Τα σύγχρονα παιχνίδια έχουν μεγάλη τυχαιότητα, πράγμα που σημαίνει ότι η CPU χρειάζεται συνεχώς να εκτελεί απλές οδηγίες. Χωρίς αρκετή κρυφή μνήμη, η κάρτα γραφικών σας αναγκάζεται να περιμένει στην CPU σας καθώς συσσωρεύονται οι οδηγίες και προκαλέσει συμφόρηση. Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα για το πόσο μεγάλη διαφορά κάνει με Το 3D V-Cache της AMD τεχνολογία σε Far Cry 6 παρακάτω.

Έχουμε δει μια τάση για περισσότερη κρυφή μνήμη για παιχνίδια τα τελευταία χρόνια. Οι επεξεργαστές Ryzen 3000 της AMD είχαν διπλάσια μνήμη cache L3 από την προηγούμενη γενιά και ήταν πολύ πιο γρήγοροι για παιχνίδια, σχεδόν φτάνοντας τη διαφορά της Intel. Όταν κυκλοφόρησε το Ryzen 5000, η ​​AMD δεν πρόσθεσε περισσότερη κρυφή μνήμη, αλλά ενοποίησε τα δύο μπλοκ της προσωρινής μνήμης L3 εντός της CPU, γεγονός που μείωσε σημαντικά τον λανθάνοντα χρόνο και έθεσε την AMD στην πρώτη θέση για την απόδοση του παιχνιδιού. Η AMD διπλασιάστηκε με την τεχνολογία 3D V-Cache της Ryzen 7 5800X3D, το οποίο στοιβάζει ένα τσιπ 64 MB μνήμης cache L3 πάνω από την CPU για συνολικά 96 MB, περισσότερα ακόμη και από το κορυφαίο Ryzen 9 5950X.

Η Intel έχει κάνει catch-up με την AMD και οι επεξεργαστές Alder Lake της τρέχουσας γενιάς έχουν έως και 30MB Η προσωρινή μνήμη L3, η οποία είναι σημαντικά μικρότερη από τις περισσότερες επεξεργαστές Ryzen, αλλά έχουν επίσης πολύ περισσότερα L1 και L2 κρύπτη. Ωστόσο, το μειονέκτημα της Intel στη χωρητικότητα L3 δεν σημαίνει ότι οι επεξεργαστές Ryzen 5000 είναι πολύ πιο γρήγοροι για παιχνίδια. Στην κριτική μας Core i9-12900K, διαπιστώσαμε ότι το 12900K ήταν συνδεδεμένο με το Ryzen 9 5950X για απόδοση gaming.

Ο αγώνας για την προσωρινή μνήμη θα συνεχιστεί σχεδόν σίγουρα με το επερχόμενο CPU Ryzen 7000 και Raptor Lake. Το Ryzen 7000 έχει επιβεβαιωθεί ότι έχει διπλάσια μνήμη cache L2 από το Ryzen 5000 και πιθανότατα θα δούμε περισσότερες CPU να χρησιμοποιούν V-Cache. Εν τω μεταξύ, η Intel δεν έχει τη δική της έκδοση του V-Cache, αλλά το Raptor Lake φημολογείται ότι έχει πολύ περισσότερη μνήμη cache L3 από το Alder Lake, μόνο στην ίδια την CPU.

Συστάσεις των συντακτών

• Το τελευταίο τσιπ V-Cache της AMD αποδεικνύεται φθηνό, γρήγορο και τέλειο για παιχνίδια
• Πώς δοκιμάζουμε εξαρτήματα και υλικό υπολογιστή
• Να γιατί οι άνθρωποι είναι τόσο αναστατωμένοι με τα σημερινά νέα του Starfield PC
• Οι καλύτερες κατασκευές υπολογιστών: προϋπολογισμός, gaming, επεξεργασία βίντεο και πολλά άλλα
• Η AMD μπορεί να έχει μόλις ενεργοποιήσει φορητούς υπολογιστές παιχνιδιών που μοιάζουν με MacBook, αλλά εξακολουθώ να είμαι δύσπιστος