Mis on protsessori vahemälu ja kas see on oluline?

Selliste toodetega nagu Ryzen 7 5800X3D, mis teenivad krooni parim protsessor mängimiseks, mõtlete ilmselt, mis on protsessori vahemälu ja miks see üldse nii suur asi on. Teame juba, et AMD tulevased Ryzen 7000 protsessorid ja Inteli 13. põlvkonna Raptor Lake protsessorid keskenduvad suuremale vahemällule, mis annab märku, et see on tulevikus kriitilise tähtsusega.

Kuid kas peaksite CPU vahemälust hoolima? Analüüsime, mis on protsessori vahemälu, miks see nii oluline on ja kuidas see mängimise puhul tohutut mõju avaldab.

Mis on CPU vahemälu?

Vahemälu on sees oleva mälu maht protsessor ise, mis on integreeritud üksikutesse tuumadesse või jagatud mõne või kõigi tuumade vahel. See on väike osa spetsiaalset mälu, mis asub otse protsessoris, nii et teie protsessor ei pea iga kord, kui soovite oma arvutis midagi teha, süsteemi RAM-ist teavet hankima. Igal protsessoril on väike kogus vahemälu, väiksematel protsessoritel võib olla vaid mõni kilobait, samas kui suurtel protsessoritel võib olla mitu megabaiti.

Kuid võite küsida, miks vahemälu üldse vajalik on kui meil on RAM, eriti kui ühel mälupulgal võib olla mitu gigabaiti mälu. See kõik puudutab jõudlust. 1990ndatel hakkas CPU-de ja RAM-i jõudluse paranemise tempo ilmnema. Lõppude lõpuks olid protsessori disainerid keskendunud kiiruse suurendamisele, RAM-i disainerid aga soovisid suurendada mahtu ja jätsid kiiruse tähelepanuta. CPU-disainerite jaoks oli see probleem, kuna RAM-i kiirus on protsessori jõudluses ülioluline tegur paljude rakenduste puhul ja mida suuremaks muutub CPU-RAM vahe, seda raskem oleks seda parandada esitus.

Vahemälu oli lahendus. Kuigi vahemälus on RAM-iga võrreldes vähe mahtu, korvab selle suur kiirus selle enamikul juhtudel. Vahemälu pole siiski täiuslik. Selle peamine nõrkus on suurus; vahemälu on füüsiliselt suur, kui vähe seda saab salvestada. Vahemälu on vastupidav ka sõlmede kokkutõmbumisele, nii et kuigi protsessori tuumad ja muud komponendid võivad üsna kergesti ühelt põlvkonnalt teisele kahaneda, väheneb vahemälu palju vähem. See muudab vahemälu CPU väga kalliks komponendiks, mis on üks peamisi põhjusi, miks vahemälus on tavaliselt nii vähe salvestusruumi.

Kuidas vahemälu töötab?

Vahemälu tavapärane kasutuselevõtt tõi kuni meieni kaasa vahemälu ja RAM-i nüansirikkamad rakendused lõppes mäluhierarhiaga, mille ülaosas oli vahemälu, keskel RAM ja salvestusruum põhja. See mitmetasandiline lähenemine võimaldab CPU jaoks kriitilised andmed olla protsessorile füüsiliselt lähemal, vähendades latentsust ja aidates teie arvutil tunda end kiirena.

Vahemällul on oma hierarhia ehk vahemälutasemed, mis on jagatud L1, L2 ja L3 vahemällu. Need on kõikvõimalikud vahemälud, kuid täidavad veidi erinevaid funktsioone.

L1 vahemälu on vahemälu esimene tase ja ka väikseim, tavaliselt jagatud L1 käsuks või L1i ja L1 andmeteks ehk L1d. Igal protsessori tuumal on oma eksklusiivne L1 vahemälu osa, mis on tavaliselt vaid mõne kilobaiti suur. L1 vahemällu salvestatud andmed on asjad, mida CPU just kasutas või loodab peagi kasutama. Kui protsessor vajab andmeid, mida L1 vahemälus pole, läheb see järgmisele tasemele: L2.

Nagu L1 vahemälu, on L2 vahemälu sageli ainult ühele CPU tuumale, kuid mõnes CPU-s jagatakse seda mitme tuuma vahel. See on ka palju, palju suurem; Näiteks Core i9-12900K igal P-tuumal on 80 kilobaiti L1 vahemälu ja 1,25 megabaiti L2 vahemälu, mis on peaaegu 16 korda rohkem. Suurematel vahemäludel on aga suurem latentsusaeg, mis tähendab, et protsessori tuuma ja vahemälu vahelise suhtluse toimumiseks kulub rohkem aega. Kui protsessorid tahavad asju teha mikrosekundite või isegi nanosekundite jooksul, on L2 vahemälu pisut kõrgem latentsus oluline. Kui protsessor ei leia L2 vahemälust nõutud andmeid, küsib see järgmist taset: L3.

L3 vahemälu on suur asi: seda jagatakse mõne või kõigi CPU tuumade vahel ja see on suur. 12900K-l on näiteks 30 MB L3 vahemälu, mis on 24 korda suurem kui L2 vahemälu. L3 vahemälu latentsusaeg on isegi hullem kui L2 vahemälu, kuid suure L3 vahemälu omamine on tõesti oluline, et CPU ei peaks küsima RAM-ilt vajalikke andmeid. Kui salvestusruum välja arvata, on RAM-il mäluhierarhias halvim kiirus ja latentsusaeg ning alati, kui protsessor vajab vajalike andmete jaoks RAM-ile juurde pääseda, jääb asi seisma. Ideaalis salvestatakse kõik oluline vähemalt L3 vahemällu, et vältida tohutut aeglustumist.

Mõnel protsessoril on isegi L4 vahemälu, kuid see toimib tavaliselt CPU paketis oleva RAM-ina. Mõned Inteli esimesed Broadwelli arhitektuuril põhinevad 14 nm CPU-d sisaldasid 128 MB manustatud DRAM-i ja Ettevõtte tulevased Sapphire Rapidsi serveriprotsessorid võivad olla varustatud HBM2-ga, mida kasutatakse nagu lisataset vahemälu.

Kas protsessori vahemälu on mängude jaoks oluline?

Protsessori vahemälul on suur erinevus mängimiseks. Kuigi ühe keermega jõudlus on traditsiooniliselt kõige olulisemad juhised kella kohta (IPC) ja taktsagedus. mängimise jõudluses olulised tegurid, on väga selgeks saanud, et vahemälu on konkurentsis tõenäoliselt kõige olulisem tegur vahel AMD ja Intel.

Vahemälu on mängude jaoks nii oluline, kuna mängud on tänapäeval kujundatud. Kaasaegsetes mängudes on palju juhuslikkust, mis tähendab, et protsessor peab pidevalt täitma lihtsaid juhiseid. Ilma piisava vahemäluta on teie graafikakaart sunnitud teie protsessoris ootama, kuni juhised kuhjuvad ja tekitada pudelikaela. Näete näidet selle kohta, kui palju vahet sellel on AMD 3D V-vahemälu tehnoloogia sisse Far Cry 6 allpool.

Oleme viimastel aastatel näinud suundumust mängude vahemälu suurendamise poole. AMD Ryzen 3000 protsessoritel oli kaks korda rohkem L3 vahemälu kui eelmisel põlvkonnal ja need olid mängude jaoks palju kiiremad, jõudes peaaegu Intelile järele. Ryzen 5000 käivitamisel ei lisanud AMD rohkem vahemälu, kuid ühendas CPU-s kaks L3 vahemälu plokki, mis vähendas oluliselt latentsust ja viis AMD mängude jõudluse osas juhtpositsioonile. AMD kahekordistus oma 3D V-Cache tehnoloogiaga Ryzen 7 5800X3D, mis kuhjab protsessori peale 64 MB L3 vahemälu, kokku 96 MB, mis on rohkem kui isegi lipulaev Ryzen 9 5950X.

Intel on püüdnud AMD-le järele jõuda ja selle praeguse põlvkonna Alder Lake'i protsessoritel on kuni 30 MB L3 vahemälu, mis on oluliselt väiksem kui enamikul Ryzeni protsessoritel, kuid neil on ka palju rohkem L1 ja L2 vahemälu. Inteli puudus L3 mahus ei tähenda aga, et Ryzen 5000 protsessorid oleksid mängimiseks palju kiiremad. Meie Core i9-12900K ülevaates, leidsime, et 12900K oli mängu jõudluse jaoks seotud Ryzen 9 5950X-ga.

Võistlus vahemälu pärast jätkub peaaegu kindlasti ka eelseisvaga Ryzen 7000 ja Raptor Lake protsessorid. Ryzen 7000-l on Ryzen 5000-st kaks korda suurem L2-vahemälu ja tõenäoliselt näeme rohkem protsessoreid, mis kasutavad V-vahemälu. Vahepeal pole Intelil oma V-Cache'i versiooni, kuid Raptor Lake'il on kuulduste kohaselt palju rohkem L3 vahemälu kui Alder Lake'il, ainult protsessoris endas.

Toimetajate soovitused

• AMD uusim V-Cache kiip on odav, kiire ja mängimiseks ideaalne
• Kuidas testime arvuti komponente ja riistvara
• Siin on põhjus, miks inimesed on tänaste Starfieldi arvutiuudiste pärast nii ärritunud
• Parimad arvutiehitused: eelarve, mängud, videotöötlus ja palju muud
• AMD võis just lubada MacBooki-laadsed mängusülearvutid, kuid ma olen endiselt skeptiline