Ce este memoria cache a procesorului și este important?

Cu produse precum Ryzen 7 5800X3D câștigând coroana ca cel mai bun procesor pentru jocuri, probabil vă întrebați ce este memoria cache a procesorului și de ce este atât de mare lucru în primul rând. Știm deja că viitoarele procesoare Ryzen 7000 de la AMD și procesoarele Intel Raptor Lake din a 13-a generație se vor concentra pe mai mult cache, semnalând că aceasta va fi o specificație critică în viitor.

Dar ar trebui să-ți pese de memoria cache a procesorului? Vom dezvălui ce este memoria cache a procesorului, de ce este atât de important și cum poate face o diferență enormă dacă joci.

Ce este memoria cache a procesorului?

Cache este cantitatea de memorie care se află în interior procesorul în sine, fie integrate în nuclee individuale, fie partajate între unele sau toate nucleele. Este un mic fragment de memorie dedicată care locuiește direct pe procesor, astfel încât CPU să nu fie nevoie să preia informații din RAM-ul sistemului de fiecare dată când doriți să faceți ceva pe computer. Fiecare procesor are o cantitate mică de cache, procesoarele mai mici care primesc poate doar câțiva kiloocteți, în timp ce procesoarele mari pot avea cache în valoare de mulți megaocteți.

Dar s-ar putea să vă întrebați de ce este necesară memoria cache când avem RAM, mai ales când un singur stick de memorie RAM poate avea câțiva gigaocteți de memorie. Totul tine de performanta. În anii 1990, ritmul îmbunătățirilor de performanță între procesoare și RAM a început să devină evident. La urma urmei, designerii CPU s-au concentrat pe creșterea vitezei, în timp ce designerii RAM au vrut să mărească capacitatea și au neglijat viteza. Pentru designerii CPU, aceasta a fost o problemă, deoarece viteza RAM este un factor crucial în performanța procesorului pentru multe aplicații și cu cât decalajul CPU-RAM este mai mare, cu atât ar fi mai greu de îmbunătățit performanţă.

Cache-ul a fost soluția. Deși memoria cache are o capacitate mică în comparație cu RAM, viteza sa mare o compensează în majoritatea cazurilor. Totuși, memoria cache nu este perfectă. Principala sa slăbiciune este dimensiunea; memoria cache este fizic mare pentru cât de puțin poate stoca. Cache-ul este, de asemenea, rezistent la micșorarea nodurilor, așa că, în timp ce nucleele și alte componente dintr-un procesor se pot micșora destul de ușor de la o generație la alta, memoria cache se micșorează mult mai puțin. Acest lucru face ca memoria cache o componentă foarte scumpă a unui procesor, care este unul dintre principalele motive pentru care memoria cache are de obicei o cantitate atât de mică de stocare.

Cum funcționează memoria cache?

Adoptarea generală a cache-ului a dus la implementări mai nuanțate de cache și RAM până la noi a ajuns cu ierarhia memoriei, cu cache în partea de sus, RAM în mijloc și stocare la fund. Această abordare pe niveluri permite ca datele critice pentru procesor să fie fizic mai aproape de procesor, reducând latența și ajutând computerul să se simtă rapid.

Cache-ul are propria sa ierarhie sau niveluri de cache, care sunt împărțite în cache L1, L2 și L3. Acestea sunt tot felul de cache, dar îndeplinesc funcții ușor diferite.

Cache-ul L1 este primul nivel de cache și, de asemenea, cel mai mic, de obicei împărțit în instrucțiuni L1 sau date L1i și L1 sau L1d. Fiecare nucleu dintr-un procesor are o bucată exclusivă de cache L1, care are de obicei doar câțiva kiloocteți. Tipul de date stocate în memoria cache L1 este lucruri pe care CPU-ul tocmai le-a folosit sau se așteaptă să le folosească în mod iminent. Dacă procesorul are nevoie de date care nu sunt în memoria cache L1, trece la următorul nivel: L2.

La fel ca cache-ul L1, cache-ul L2 este adesea exclusiv pentru un singur nucleu CPU, dar în unele procesoare, este partajat între mai multe nuclee. De asemenea, este mult, mult mai mare; de exemplu, fiecare P-core din Core i9-12900K are 80 kilobytes de cache L1, precum și 1,25 megaocteți de cache L2, de aproape 16 ori mai mult. Cu toate acestea, cache-urile mai mari au o latență mai mare, ceea ce înseamnă că este nevoie de mai mult timp pentru ca comunicarea să aibă loc între nucleul CPU și cache. Când procesoarele doresc să realizeze lucruri în câteva microsecunde sau chiar nanosecunde, latența puțin mai mare a cache-ului L2 contează. Dacă un procesor nu poate găsi datele solicitate în memoria cache L2, solicită următorul nivel: L3.

Cache-ul L3 este o mare problemă: este împărțit între unele sau toate nucleele dintr-un procesor și este mare. 12900K are 30 MB de cache L3, de exemplu, de 24 de ori cantitatea de cache L2. Latența cache-ului L3 este chiar mai proastă decât a L2, dar a avea un cache L3 mare este foarte important pentru a preveni nevoia procesorului de a cere RAM-ului datele necesare. Cu excepția stocării, RAM are cea mai slabă viteză și latență din ierarhia memoriei și, ori de câte ori CPU trebuie să acceseze RAM pentru datele necesare, lucrurile se oprește. În mod ideal, orice lucru important va fi stocat cel puțin în memoria cache L3 pentru a preveni o încetinire masivă.

Unele procesoare au chiar și cache L4, dar funcționează de obicei ca RAM care se află pe pachetul procesorului. Unele dintre primele procesoare de 14 nm ale Intel bazate pe arhitectura Broadwell au inclus 128 MB de DRAM încorporat și viitoarele procesoare server Sapphire Rapids ale companiei pot veni cu HBM2, care este oarecum folosit ca un nivel suplimentar de cache.

Contează memoria cache a procesorului pentru jocuri?

Cache-ul CPU face o mare diferență pentru jocuri. Deși performanța cu un singur thread, instrucțiunile per clock (IPC) și viteza de ceas s-a considerat în mod tradițional a fi cele mai factori importanți în performanța jocurilor, a devenit foarte clar că memoria cache este probabil cel mai important factor dintre toate în rivalitate între AMD și Intel.

Cache-ul este atât de important pentru jocuri din cauza modului în care sunt concepute jocurile astăzi. Jocurile moderne au multă aleatorie, ceea ce înseamnă că procesorul trebuie să execute în mod constant instrucțiuni simple. Fără suficientă memorie cache, placa dvs. grafică este forțată să aștepte pe procesorul dvs. pe măsură ce instrucțiunile se adună și provoacă un blocaj. Puteți vedea un exemplu despre cât de multă diferență face cu V-Cache 3D de la AMD tehnologie în Far Cry 6 de mai jos.

Am observat o tendință către mai multă memorie cache pentru jocuri în ultimii ani. Procesoarele Ryzen 3000 de la AMD aveau de două ori mai multă memorie cache L3 decât generația anterioară și erau mult mai rapide pentru jocuri, ajungând aproape de Intel. Când s-a lansat Ryzen 5000, AMD nu a adăugat mai mult cache, dar a unificat cele două blocuri de cache L3 din CPU, ceea ce a redus foarte mult latența și l-a pus pe AMD în frunte pentru performanța jocurilor. AMD sa dublat cu tehnologia sa 3D V-Cache pe Ryzen 7 5800X3D, care stivuiește un cip de 64 MB de cache L3 deasupra procesorului pentru un total de 96 MB, mai mult decât cel mai mare Ryzen 9 5950X.

Intel a continuat cu AMD, iar procesoarele sale Alder Lake din generația actuală au până la 30 MB de Cache L3, care este semnificativ mai mică decât majoritatea procesoarelor Ryzen, dar au și mult mai multe L1 și L2 cache. Cu toate acestea, dezavantajul Intel în capacitatea L3 nu înseamnă că procesoarele Ryzen 5000 sunt mult mai rapide pentru jocuri. În recenzia noastră Core i9-12900K, am descoperit că 12900K a fost legat de Ryzen 9 5950X pentru performanță în jocuri.

Cursa pentru cache va continua aproape sigur odată cu viitorul Procesoare Ryzen 7000 și Raptor Lake. Se confirmă că Ryzen 7000 are de două ori memoria cache L2 a Ryzen 5000 și probabil că vom vedea mai multe procesoare folosind V-Cache. Între timp, Intel nu are propria sa versiune de V-Cache, dar se zvonește că Raptor Lake are mult mai mult cache L3 decât Alder Lake, doar în procesorul în sine.

Recomandările editorilor

• Cel mai recent cip V-Cache de la AMD se dovedește a fi ieftin, rapid și perfect pentru jocuri
• Cum testăm componentele și hardware-ul PC-ului
• Iată de ce oamenii sunt atât de supărați de știrile Starfield PC de astăzi
• Cele mai bune versiuni de PC: buget, jocuri, editare video și multe altele
• S-ar putea ca AMD să fi activat laptopuri de jocuri asemănătoare MacBook-ului, dar sunt încă sceptic