Kas ir CPU kešatmiņa, un vai tā ir svarīga?

Ar tādiem produktiem kā Ryzen 7 5800X3D, kas nopelna kroni kā labākais CPU spēlēm, jūs, iespējams, domājat, kas ir CPU kešatmiņa un kāpēc tā ir tik liela problēma. Mēs jau zinām, ka AMD gaidāmie Ryzen 7000 centrālie procesori un Intel 13. paaudzes Raptor Lake procesori koncentrēsies uz lielāku kešatmiņu, norādot, ka nākotnē tā būs kritiska specifikācija.

Bet vai jums vajadzētu rūpēties par CPU kešatmiņu? Mēs noskaidrosim, kas ir CPU kešatmiņa, kāpēc tā ir tik svarīga un kā tā var būtiski mainīt, ja spēlējat.

Kas ir CPU kešatmiņa?

Kešatmiņa ir tajā esošās atmiņas apjoms pats CPUvai nu integrēti atsevišķos kodolos, vai koplietoti starp dažiem vai visiem kodoliem. Tā ir neliela atmiņa, kas atrodas tieši procesorā, lai jūsu centrālajam procesoram nebūtu jāiegūst informācija no sistēmas RAM katru reizi, kad vēlaties kaut ko darīt savā datorā. Katram procesoram ir mazs kešatmiņas daudzums, jo mazāki CPU var iegūt tikai dažus kilobaitus, savukārt lielajiem CPU var būt daudz megabaitu kešatmiņas.

Bet jums varētu rasties jautājums, kāpēc kešatmiņa vispār ir nepieciešama kad mums ir RAM, it īpaši, ja vienā RAM atmiņā var būt vairāki gigabaiti. Tas viss ir saistīts ar veiktspēju. Deviņdesmitajos gados sāka parādīties CPU un operatīvās atmiņas veiktspējas uzlabošanas temps. Galu galā CPU dizaineri koncentrējās uz ātruma palielināšanu, savukārt RAM dizaineri vēlējās palielināt jaudu un ignorēja ātrumu. CPU dizaineriem tā bija problēma, jo RAM ātrums ir izšķirošs CPU veiktspējas faktors daudzām lietojumprogrammām, un jo lielāka ir CPU-RAM atstarpe, jo grūtāk to būtu uzlabot sniegumu.

Kešatmiņa bija risinājums. Lai gan kešatmiņai ir maza ietilpība salīdzinājumā ar RAM, tās lielais ātrums vairumā gadījumu to kompensē. Tomēr kešatmiņa nav ideāla. Tās galvenais trūkums ir izmērs; kešatmiņa ir fiziski liela, cik maz tajā var saglabāt. Kešatmiņa ir arī izturīga pret mezglu saraušanos, tāpēc, lai gan CPU kodoli un citi komponenti var diezgan viegli sarukt no vienas paaudzes uz otru, kešatmiņa sarūk daudz mazāk. Tas padara kešatmiņu par ļoti dārgu CPU sastāvdaļu, kas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc kešatmiņā parasti ir tik mazs atmiņas apjoms.

Kā darbojas kešatmiņa?

Plašāka kešatmiņas ieviešana radīja niansētākas kešatmiņas un RAM ieviešanas iespējas līdz šim beidzās ar atmiņas hierarhiju ar kešatmiņu augšpusē, RAM vidū un krātuvi apakšā. Šī daudzpakāpju pieeja ļauj centrālajam procesoram būtiskajiem datiem fiziski atrasties tuvāk procesoram, samazinot latentumu un palīdzot datoram justies nevainojamam.

Kešatmiņai ir sava hierarhija jeb kešatmiņas līmeņi, kas ir sadalīti L1, L2 un L3 kešatmiņā. Tie ir visu veidu kešatmiņas, taču tās veic nedaudz atšķirīgas funkcijas.

L1 kešatmiņa ir pirmais kešatmiņas līmenis un arī mazākais, parasti sadalīts L1 instrukcijās vai L1i un L1 datos vai L1d. Katram CPU kodolam ir sava ekskluzīva L1 kešatmiņas daļa, kas parasti ir tikai dažus kilobaitus liela. Dati, kas tiek glabāti L1 kešatmiņā, ir tādi dati, ko centrālais procesors tikko izmantoja vai paredz, ka tos drīzumā izmantos. Ja centrālajam procesoram ir nepieciešami dati, kas nav L1 kešatmiņā, tas pāriet uz nākamo līmeni: L2.

Tāpat kā L1 kešatmiņa, L2 kešatmiņa bieži ir ekskluzīva vienam CPU kodolam, taču dažos CPU tā tiek koplietota starp vairākiem kodoliem. Tas ir arī daudz, daudz lielāks; piemēram, katram Core i9-12900K P kodolam ir 80 kilobaiti L1 kešatmiņas, kā arī 1,25 megabaiti L2 kešatmiņas, kas ir gandrīz 16 reizes vairāk. Tomēr lielākām kešatmiņām ir lielāks latentums, kas nozīmē, ka saziņai starp CPU kodolu un kešatmiņu ir nepieciešams vairāk laika. Ja CPU vēlas paveikt lietas mikrosekundēs vai pat nanosekundēs, nedaudz lielākam L2 kešatmiņas latentumam ir nozīme. Ja CPU nevar atrast pieprasītos datus L2 kešatmiņā, tas jautā nākamajam līmenim: L3.

L3 kešatmiņai ir liela nozīme: tā tiek koplietota starp dažiem vai visiem CPU kodoliem, un tā ir liela. 12900K ir 30 MB L3 kešatmiņas, piemēram, 24 reizes vairāk nekā L2 kešatmiņa. L3 kešatmiņas latentums ir vēl sliktāks nekā L2 kešatmiņa, taču liela L3 kešatmiņa ir ļoti svarīga, lai neļautu centrālajam procesoram pieprasīt RAM nepieciešamos datus. Izņemot krātuvi, operatīvajai atmiņai ir vissliktākais ātrums un latentums atmiņas hierarhijā, un ikreiz, kad centrālajam procesoram ir jāpiekļūst RAM, lai iegūtu nepieciešamos datus, darbība apstājas. Ideālā gadījumā viss svarīgais tiks saglabāts vismaz L3 kešatmiņā, lai novērstu milzīgu palēnināšanos.

Dažiem CPU pat ir L4 kešatmiņa, taču tā parasti darbojas kā RAM, kas atrodas CPU pakotnē. Daži no Intel pirmajiem 14 nm CPU, kas balstīti uz Broadwell arhitektūru, ietvēra 128 MB iegultās DRAM, un Uzņēmuma gaidāmie Sapphire Rapids serveru centrālie procesori var būt aprīkoti ar HBM2, kas tiek izmantots kā papildu līmenis kešatmiņa.

Vai CPU kešatmiņai ir nozīme spēlēm?

CPU kešatmiņai ir liela atšķirība spēlēšanai. Lai gan tradicionāli tiek uzskatīts, ka viena vītnes veiktspēja, instrukcijas pulkstenim (IPC) un pulksteņa ātrums ir vislielākais. svarīgi faktori spēļu veiktspējā, ir kļuvis ļoti skaidrs, ka kešatmiņa, iespējams, ir vissvarīgākais konkurences faktors. starp AMD un Intel.

Kešatmiņa ir tik svarīga spēlēm, jo ​​mūsdienās spēles tiek veidotas. Mūsdienu spēlēs ir daudz nejaušības, kas nozīmē, ka CPU pastāvīgi ir jāizpilda vienkāršas instrukcijas. Ja nav pietiekami daudz kešatmiņas, grafiskā karte ir spiesta gaidīt CPU, kamēr instrukcijas uzkrājas un radīt sastrēgumu. Jūs varat redzēt piemēru tam, cik liela atšķirība ir ar AMD 3D V-kešatmiņa tehnoloģija iekšā Far Cry 6 zemāk.

Pēdējos gados esam novērojuši tendenci palielināt spēļu kešatmiņu. AMD Ryzen 3000 CPU bija divreiz vairāk L3 kešatmiņas nekā iepriekšējās paaudzes, un tie bija daudz ātrāki spēlēm, gandrīz panākot Intel. Kad tika palaists Ryzen 5000, AMD nepievienoja vairāk kešatmiņas, taču apvienoja divus L3 kešatmiņas blokus CPU, kas ievērojami samazināja latentumu un izvirzīja AMD spēļu veiktspējas vadībā. AMD dubultojās, izmantojot 3D V-Cache tehnoloģiju Ryzen 7 5800X3D, kurā CPU virspusē ir ievietota 64 MB L3 kešatmiņas mikroshēma, kas kopā veido 96 MB, kas ir vairāk nekā pat vadošajā Ryzen 9 5950X.

Intel ir centies panākt AMD, un tā pašreizējās paaudzes Alder Lake centrālajiem procesoriem ir līdz 30 MB L3 kešatmiņa, kas ir ievērojami mazāka nekā vairumam Ryzen CPU, taču tiem ir arī daudz vairāk L1 un L2 kešatmiņa. Tomēr Intel trūkums L3 ietilpībā nenozīmē, ka Ryzen 5000 CPU ir daudz ātrāki spēlēšanai. Mūsu Core i9-12900K pārskatā, mēs noskaidrojām, ka spēļu veiktspējai 12900K ir saistīts ar Ryzen 9 5950X.

Sacensības par kešatmiņu gandrīz noteikti turpināsies ar gaidāmo Ryzen 7000 un Raptor Lake centrālie procesori. Ir apstiprināts, ka Ryzen 7000 ir divreiz lielāka L2 kešatmiņa nekā Ryzen 5000, un mēs, iespējams, redzēsim vairāk CPU, izmantojot V-Cache. Tikmēr Intel nav savas V-Cache versijas, taču tiek baumots, ka Raptor Lake ir daudz vairāk L3 kešatmiņas nekā Alder Lake, tikai pašā CPU.

Redaktoru ieteikumi

• AMD jaunākā V-Cache mikroshēma ir lēta, ātra un lieliski piemērota spēlēm
• Kā mēs pārbaudām datora komponentus un aparatūru
• Lūk, kāpēc cilvēki ir tik satraukti par šodienas Starfield PC jaunumiem
• Labākās datoru versijas: budžets, spēles, video rediģēšana un daudz kas cits
• Iespējams, AMD tikko iespējoja MacBook līdzīgus spēļu klēpjdatorus, taču es joprojām esmu skeptisks