Mikä on suorittimen välimuisti, ja onko se tärkeää?

Tuotteilla, kuten Ryzen 7 5800X3D, joka ansaitsee kruunun paras CPU pelaamiseen, ihmettelet luultavasti mikä CPU-välimuisti on ja miksi se on niin iso juttu. Tiedämme jo, että AMD: n tulevat Ryzen 7000 -suorittimet ja Intelin 13. sukupolven Raptor Lake -prosessorit keskittyvät lisäämään välimuistia, mikä osoittaa, että tämä on kriittinen ominaisuus tulevaisuudessa.

Mutta pitäisikö sinun välittää CPU-välimuistista? Aiomme eritellä, mikä suorittimen välimuisti on, miksi se on niin tärkeä ja miten sillä voi olla valtava ero, jos pelaat.

Mikä on CPU-välimuisti?

Välimuisti on sisällä olevan muistin määrä itse CPU, joko integroituna yksittäisiin ytimiin tai jaettuina joidenkin tai kaikkien ytimien kesken. Se on pieni osa omaa muistia, joka sijaitsee suoraan prosessorissa, joten suorittimen ei tarvitse hakea tietoja järjestelmäsi RAM-muistista aina, kun haluat tehdä jotain tietokoneellasi. Jokaisella prosessorilla on pieni määrä välimuistia, pienemmät prosessorit saavat ehkä vain muutaman kilotavun, kun taas suurilla suorittimilla voi olla useita megatavuja välimuistia.

Mutta saatat ihmetellä, miksi välimuisti on tarpeen kun meillä on RAM-muistia, varsinkin kun yhdellä RAM-muistitikulla voi olla useita gigatavuja muistia. Kaikki on kiinni suorituskyvystä. 1990-luvulla suorittimen ja RAM-muistin suorituskyvyn parannustahti alkoi tulla ilmeiseksi. Loppujen lopuksi CPU-suunnittelijat keskittyivät nopeuden lisäämiseen, kun taas RAM-suunnittelijat halusivat lisätä kapasiteettia ja laiminlyöneet nopeuden. CPU-suunnittelijoille tämä oli ongelma, koska RAM-muistin nopeus on ratkaiseva tekijä suorittimen suorituskyvyssä monille sovelluksille, ja mitä suurempi CPU-RAM-vaje kasvaa, sitä vaikeampaa on parantaa esitys.

Ratkaisu oli välimuisti. Vaikka välimuistissa on vähän kapasiteettia verrattuna RAM-muistiin, sen suuri nopeus korvaa sen useimmissa tapauksissa. Välimuisti ei kuitenkaan ole täydellinen. Sen suurin heikkous on koko; välimuisti on fyysisesti suuri, kuinka vähän se voi tallentaa. Välimuisti kestää myös solmun kutistumista, joten vaikka prosessorin ytimet ja muut komponentit voivat kutistua melko helposti sukupolvelta toiselle, välimuisti kutistuu paljon vähemmän. Tämä tekee välimuistista erittäin kalliin CPU: n komponentin, mikä on yksi tärkeimmistä syistä, miksi välimuistissa on yleensä niin vähän tallennustilaa.

Kuinka välimuisti toimii?

Välimuistin yleinen käyttöönotto johti välimuistin ja RAM: n vivahteikkaampiin toteutuksiin, kunnes olemme päätyi muistihierarkiaan, jossa välimuisti oli ylhäällä, RAM-muisti keskellä ja tallennustila pohja. Tämä porrastettu lähestymistapa mahdollistaa sen, että prosessorin kriittiset tiedot ovat fyysisesti lähempänä prosessoria, mikä vähentää viivettä ja auttaa tietokonettasi tuntemaan olonsa pirteäksi.

Välimuistilla on oma hierarkia tai välimuistitasot, jotka on jaettu L1-, L2- ja L3-välimuistiin. Nämä ovat kaikenlaisia ​​välimuistia, mutta ne suorittavat hieman erilaisia ​​toimintoja.

L1-välimuisti on välimuistin ensimmäinen taso ja myös pienin, yleensä jaettu L1-käskyyn tai L1i- ja L1-tietoihin tai L1d-tietoihin. Jokaisella CPU: n ytimellä on ainutlaatuinen L1-välimuisti, joka on yleensä vain muutaman kilotavun kokoinen. L1-välimuistiin tallennetut tiedot ovat sellaisia, joita CPU juuri käytti tai odottaa käyttävänsä lähiaikoina. Jos suoritin tarvitsee tietoja, jotka eivät ole L1-välimuistissa, se siirtyy seuraavalle tasolle: L2.

L1-välimuistin tapaan L2-välimuisti on usein yksinomaan yhdelle suoritinytimelle, mutta joissakin prosessoreissa se jaetaan useiden ytimien kesken. Se on myös paljon, paljon suurempi; Esimerkiksi Core i9-12900K: n jokaisessa P-ytimessä on 80 kilotavua L1-välimuistia sekä 1,25 megatavua L2-välimuistia, mikä on lähes 16 kertaa enemmän. Suuremmilla välimuistilla on kuitenkin korkeampi latenssi, mikä tarkoittaa, että CPU-ytimen ja välimuistin välinen tiedonsiirto vie enemmän aikaa. Kun prosessorit haluavat tehdä asioita mikrosekunnissa tai jopa nanosekunnissa, L2-välimuistin hieman korkeammalla latenssilla on merkitystä. Jos suoritin ei löydä pyydettyä dataa L2-välimuistista, se kysyy seuraavaa tasoa: L3.

L3-välimuisti on iso juttu: se on jaettu joidenkin tai kaikkien prosessorin ytimien kesken, ja se on suuri. 12900K: ssa on 30 Mt L3-välimuistia, esimerkiksi 24 kertaa L2-välimuistin määrä. L3-välimuistin latenssi on jopa huonompi kuin L2-välimuisti, mutta suuri L3-välimuisti on todella tärkeää, jotta CPU ei joutuisi kysymään RAM-muistista tarvittavia tietoja. Tallennustilaa lukuun ottamatta RAM-muistilla on huonoin nopeus ja latenssi muistihierarkiassa, ja aina kun suorittimen on päästävä RAM-muistiin tarvittavien tietojen saamiseksi, asiat pysähtyvät. Ihannetapauksessa kaikki tärkeät tallennetaan ainakin L3-välimuistiin massiivisen hidastumisen estämiseksi.

Joissakin suorittimissa on jopa L4-välimuisti, mutta se toimii yleensä CPU-paketissa olevan RAM-muistina. Jotkut Intelin ensimmäisistä Broadwell-arkkitehtuuriin perustuvista 14 nm: n suorittimista sisälsivät 128 Mt sulautettua DRAM-muistia, ja yrityksen tulevissa Sapphire Rapids -palvelinprosessoreissa voi olla HBM2, jota käytetään tavallaan ylimääräisenä kätkö.

Onko suorittimen välimuistilla merkitystä pelaamisen kannalta?

CPU-välimuistilla on suuri ero pelaamista varten. Vaikka yksisäikeinen suorituskyky, käskyt kelloa kohden (IPC) ja kellonopeus on perinteisesti sanottu olevan eniten tärkeitä tekijöitä pelin suorituskyvyssä, on käynyt hyvin selväksi, että välimuisti on luultavasti tärkein tekijä kilpailussa välillä AMD ja Intel.

Välimuisti on niin tärkeä pelaamisessa, koska pelit on suunniteltu nykyään. Nykyaikaisissa peleissä on paljon satunnaisuutta, mikä tarkoittaa, että suorittimen on jatkuvasti suoritettava yksinkertaisia ​​​​käskyjä. Ilman tarpeeksi välimuistia näytönohjain joutuu odottamaan CPU: ta, kun ohjeet kasaantuvat aiheuttaa pullonkaulan. Voit nähdä esimerkin siitä, kuinka paljon eroa sillä on AMD: n 3D V-välimuisti tekniikka sisään Far Cry 6 alla.

Olemme nähneet trendin lisätä välimuistia pelaamiseen viime vuosina. AMD: n Ryzen 3000 -suorittimissa oli kaksi kertaa enemmän L3-välimuistia kuin edellisessä sukupolvessa, ja ne olivat paljon nopeampia pelaamiseen, melkein saavuttaen Intelin. Kun Ryzen 5000 lanseerattiin, AMD ei lisännyt välimuistia, mutta se yhdisti prosessorin kaksi L3-välimuistin lohkoa, mikä vähensi huomattavasti latenssia ja nosti AMD: n pelisuorituskyvyn johtoasemaan. AMD kaksinkertaistui 3D V-Cache -teknologiansa ansiosta Ryzen 7 5800X3D, joka pinoaa CPU: n päälle 64 Mt: n sirun L3-välimuistia yhteensä 96 Mt, enemmän kuin jopa lippulaiva Ryzen 9 5950X.

Intel on pelannut kiinni AMD: n kanssa, ja sen nykyisen sukupolven Alder Lake -suorittimissa on jopa 30 Mt. L3-välimuisti, joka on huomattavasti pienempi kuin useimmissa Ryzen-suorittimissa, mutta niissä on myös paljon enemmän L1- ja L2-prosessoreja kätkö. Intelin haitta L3-kapasiteetissa ei kuitenkaan tarkoita, että Ryzen 5000 -suorittimet olisivat paljon nopeampia pelaamiseen. Core i9-12900K -arvostelussamme, huomasimme, että 12900K oli sidottu Ryzen 9 5950X: n kanssa pelisuorituskyvyn vuoksi.

Kilpailu kätköstä jatkuu lähes varmasti tulevan kanssa Ryzen 7000 ja Raptor Lake -suorittimet. Ryzen 7000:ssa on vahvistettu kaksinkertainen L2-välimuisti Ryzen 5000:een verrattuna, ja näemme todennäköisesti enemmän prosessoreita, jotka käyttävät V-Cachea. Samaan aikaan Intelillä ei ole omaa versiota V-Cachesta, mutta Raptor Lakella huhutaan olevan paljon enemmän L3-välimuistia kuin Alder Lakessa, vain itse suorittimessa.

Toimittajien suositukset

• AMD: n uusin V-Cache-siru osoittautuu halvaksi, nopeaksi ja täydelliseksi pelaamiseen
• Kuinka testaamme PC-komponentteja ja -laitteita
• Tästä syystä ihmiset ovat niin järkyttyneitä tämän päivän Starfield PC -uutisista
• Parhaat PC-versiot: budjetti, pelaaminen, videoeditointi ja paljon muuta
• AMD on saattanut juuri ottaa käyttöön MacBookin kaltaiset pelikannettavat, mutta olen silti skeptinen