Co to jest pamięć podręczna procesora i czy jest ważna?

Dzięki produktom takim jak Ryzen 7 5800X3D zdobywa koronę jako najlepszy procesor do gier, prawdopodobnie zastanawiasz się, czym jest pamięć podręczna procesora i dlaczego jest to tak ważna sprawa. Wiemy już, że nadchodzące procesory AMD Ryzen 7000 i procesory Intel Raptor Lake 13. generacji będą koncentrować się na większej pamięci podręcznej, sygnalizując, że w przyszłości będzie to krytyczna specyfikacja.

Ale czy powinieneś dbać o pamięć podręczną procesora? Wyjaśnimy, czym jest pamięć podręczna procesora, dlaczego jest tak ważna i jak może mieć ogromne znaczenie podczas grania.

Co to jest pamięć podręczna procesora?

Pamięć podręczna to ilość pamięci, która jest w środku sam procesor, albo zintegrowane z poszczególnymi rdzeniami, albo współdzielone przez niektóre lub wszystkie rdzenie. Jest to niewielka część dedykowanej pamięci, która działa bezpośrednio na procesorze, dzięki czemu procesor nie musi pobierać informacji z systemowej pamięci RAM za każdym razem, gdy chcesz coś zrobić na komputerze. Każdy procesor ma niewielką ilość pamięci podręcznej, przy czym mniejsze procesory mogą mieć zaledwie kilka kilobajtów, podczas gdy duże procesory mogą mieć pamięć podręczną o wartości wielu megabajtów.

Ale możesz się zastanawiać, dlaczego pamięć podręczna jest w ogóle potrzebna kiedy mamy RAM, zwłaszcza gdy pojedyncza kość RAM może mieć kilka gigabajtów pamięci. Wszystko zależy od wydajności. W latach 90. tempo poprawy wydajności między procesorami a pamięcią RAM zaczęło być widoczne. W końcu projektanci procesorów skupili się na zwiększeniu szybkości, podczas gdy projektanci pamięci RAM chcieli zwiększyć pojemność i zaniedbali szybkość. Dla projektantów procesorów był to problem, ponieważ szybkość pamięci RAM jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność procesora dla wielu aplikacji, a im większa różnica między procesorem a pamięcią RAM, tym trudniej byłoby to poprawić wydajność.

Rozwiązaniem była pamięć podręczna. Chociaż pamięć podręczna ma niewielką pojemność w porównaniu z pamięcią RAM, w większości przypadków rekompensuje to jej duża szybkość. Pamięć podręczna nie jest jednak idealna. Jego główną słabością jest rozmiar; pamięć podręczna jest fizycznie duża jak na to, jak mało może przechowywać. Pamięć podręczna jest również odporna na zmniejszanie się węzłów, więc podczas gdy rdzenie i inne komponenty procesora mogą się dość łatwo zmniejszać z jednej generacji na drugą, pamięć podręczna kurczy się znacznie mniej. To sprawia, że ​​pamięć podręczna jest bardzo kosztownym elementem procesora, co jest jednym z głównych powodów, dla których pamięć podręczna ma zwykle tak małą ilość miejsca.

Jak działa pamięć podręczna?

Przyjęcie pamięci podręcznej przez główny nurt zaowocowało bardziej szczegółowymi implementacjami pamięci podręcznej i pamięci RAM, dopóki my skończyło się na hierarchii pamięci, z pamięcią podręczną na górze, pamięcią RAM pośrodku i pamięcią masową na górze spód. To wielopoziomowe podejście umożliwia fizyczny dostęp krytycznych danych procesora do procesora, zmniejszając opóźnienia i pomagając komputerowi działać żwawo.

Pamięć podręczna ma własną hierarchię lub poziomy pamięci podręcznej, które są podzielone na pamięć podręczną L1, L2 i L3. Są to wszelkiego rodzaju pamięci podręczne, ale pełnią one nieco inne funkcje.

Pamięć podręczna L1 to pierwszy poziom pamięci podręcznej, a także najmniejszy, zwykle podzielony na instrukcje L1 lub L1i i dane L1 lub L1d. Każdy rdzeń w procesorze ma swoją wyłączną część pamięci podręcznej L1, która zwykle ma tylko kilka kilobajtów. Rodzaj danych przechowywanych w pamięci podręcznej L1 to rzeczy, których procesor właśnie użył lub spodziewa się użyć w najbliższym czasie. Jeśli procesor potrzebuje danych, których nie ma w pamięci podręcznej L1, przechodzi do następnego poziomu: L2.

Podobnie jak pamięć podręczna L1, pamięć podręczna L2 jest często zarezerwowana wyłącznie dla jednego rdzenia procesora, ale w niektórych procesorach jest współdzielona przez wiele rdzeni. Jest też dużo, dużo większy; na przykład każdy rdzeń P w Core i9-12900K ma 80 kilobajtów pamięci podręcznej L1, a także 1,25 megabajta pamięci podręcznej L2, prawie 16 razy więcej. Jednak większe pamięci podręczne mają większe opóźnienia, co oznacza, że ​​komunikacja między rdzeniem procesora a pamięcią podręczną zajmuje więcej czasu. Gdy procesory chcą osiągnąć coś w ciągu mikrosekund, a nawet nanosekund, nieco większe opóźnienie pamięci podręcznej L2 ma znaczenie. Jeśli procesor nie może znaleźć żądanych danych w pamięci podręcznej L2, pyta o następny poziom: L3.

Pamięć podręczna L3 to wielka sprawa: jest współdzielona przez niektóre lub wszystkie rdzenie procesora i jest duża. 12900K ma na przykład 30 MB pamięci podręcznej L3, czyli 24 razy więcej niż pamięć podręczna L2. Opóźnienie pamięci podręcznej L3 jest jeszcze gorsze niż L2, ale posiadanie dużej pamięci podręcznej L3 jest naprawdę ważne, aby procesor nie musiał prosić pamięci RAM o potrzebne dane. Z wyjątkiem przechowywania, pamięć RAM ma najgorszą prędkość i opóźnienie w hierarchii pamięci, a gdy procesor potrzebuje dostępu do pamięci RAM w celu uzyskania wymaganych danych, wszystko się zatrzymuje. Idealnie byłoby, gdyby wszystko, co ważne, było przechowywane przynajmniej w pamięci podręcznej L3, aby zapobiec ogromnemu spowolnieniu.

Niektóre procesory mają nawet pamięć podręczną L4, ale zwykle działa ona jako pamięć RAM, która znajduje się w pakiecie procesora. Niektóre z pierwszych 14-nanometrowych procesorów firmy Intel opartych na architekturze Broadwell zawierały 128 MB wbudowanej pamięci DRAM, a Nadchodzące procesory serwerowe firmy Sapphire Rapids mogą być dostarczane z HBM2, który jest używany jako dodatkowy poziom Pamięć podręczna.

Czy pamięć podręczna procesora ma znaczenie w grach?

Pamięć podręczna procesora robi dużą różnicę do gier. Chociaż tradycyjnie mówi się, że wydajność jednowątkowa, instrukcje na zegar (IPC) i szybkość zegara są najbardziej ważnych czynników wpływających na wydajność w grach, stało się jasne, że pamięć podręczna jest prawdopodobnie najważniejszym czynnikiem w rywalizacji między AMD i Intela.

Pamięć podręczna jest tak ważna w grach ze względu na sposób projektowania gier. Nowoczesne gry charakteryzują się dużą losowością, co oznacza, że ​​procesor nieustannie musi wykonywać proste instrukcje. Bez wystarczającej ilości pamięci podręcznej karta graficzna jest zmuszona czekać na procesor w miarę gromadzenia się instrukcji spowodować zator. Możesz zobaczyć przykład, jak wielką różnicę to robi V-Cache 3D firmy AMD technologia w Far Cry 6 poniżej.

W ostatnich latach zaobserwowaliśmy trend w kierunku większej ilości pamięci podręcznej dla gier. Procesory AMD Ryzen 3000 miały dwa razy więcej pamięci podręcznej L3 niż poprzednia generacja i były znacznie szybsze w grach, prawie doganiając Intela. Kiedy Ryzen 5000 pojawił się na rynku, AMD nie dodało więcej pamięci podręcznej, ale ujednoliciło dwa bloki pamięci podręcznej L3 w procesorze, co znacznie zmniejszyło opóźnienia i postawiło AMD na czele wydajności w grach. Firma AMD podwoiła się, wprowadzając technologię 3D V-Cache Ryzena 7 5800X3D, który umieszcza 64 MB pamięci podręcznej L3 na wierzchu procesora, co daje w sumie 96 MB, więcej niż nawet flagowy Ryzen 9 5950X.

Intel dogania AMD, a jego procesory Alder Lake obecnej generacji mają do 30 MB Pamięć podręczna L3, która jest znacznie mniejsza niż większość procesorów Ryzen, ale mają też znacznie więcej L1 i L2 Pamięć podręczna. Jednak wada Intela w pojemności L3 nie oznacza, że ​​​​procesory Ryzen 5000 są znacznie szybsze w grach. W naszej recenzji Core i9-12900K, odkryliśmy, że 12900K było powiązane z Ryzenem 9 5950X pod względem wydajności w grach.

Wyścig o pamięć podręczną prawie na pewno będzie kontynuowany wraz z nadchodzącymi Procesory Ryzen 7000 i Raptor Lake. Potwierdzono, że Ryzen 7000 ma dwukrotnie większą pamięć podręczną L2 niż Ryzen 5000 i prawdopodobnie zobaczymy więcej procesorów korzystających z V-Cache. Tymczasem Intel nie ma własnej wersji V-Cache, ale podobno Raptor Lake ma znacznie więcej pamięci podręcznej L3 niż Alder Lake, tylko w samym procesorze.

Zalecenia redaktorów

• Najnowszy układ V-Cache firmy AMD okazuje się tani, szybki i idealny do gier
• Jak testujemy komponenty i sprzęt komputerowy
• Oto dlaczego ludzie są tak zdenerwowani dzisiejszymi wiadomościami na temat Starfield na PC
• Najlepsze kompilacje komputerów PC: budżet, gry, edycja wideo i nie tylko
• AMD mogło właśnie włączyć laptopy do gier podobne do MacBooka, ale nadal jestem sceptyczny