Kaj je predpomnilnik procesorja in ali je pomemben?

Z izdelki, kot je Ryzen 7 5800X3D, ki so si prislužili krono kot najboljši procesor za igranje iger, se verjetno sprašujete, kaj je predpomnilnik procesorja in zakaj je sploh tako pomemben. Že vemo, da se bodo AMD-jevi prihajajoči procesorji Ryzen 7000 in Intelovi procesorji Raptor Lake 13. generacije osredotočali na več predpomnilnika, kar nakazuje, da bo to kritična specifikacija v prihodnosti.

Toda ali bi vas moral zanimati predpomnilnik procesorja? Razčlenili bomo, kaj je predpomnilnik procesorja, zakaj je tako pomemben in kako lahko naredi ogromno razliko, če igrate igre.

Kaj je predpomnilnik procesorja?

Predpomnilnik je količina pomnilnika, ki je znotraj sam CPU, bodisi integrirano v posamezna jedra bodisi v skupni rabi med nekaterimi ali vsemi jedri. To je majhen košček namenskega pomnilnika, ki živi neposredno v procesorju, tako da vašemu CPE-ju ni treba pridobivati ​​informacij iz sistemskega RAM-a vsakič, ko želite nekaj narediti na svojem računalniku. Vsak procesor ima majhno količino predpomnilnika, pri čemer manjši CPE dobijo morda le nekaj kilobajtov, medtem ko imajo lahko veliki CPE veliko megabajtov predpomnilnika.

Morda pa se sprašujete, zakaj je predpomnilnik sploh potreben ko imamo RAM, še posebej, če ima lahko en ključ RAM več gigabajtov pomnilnika. Vse je odvisno od uspešnosti. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja je hitrost izboljšav zmogljivosti med procesorji in RAM-om začela postajati očitna. Navsezadnje so bili oblikovalci CPU osredotočeni na povečanje hitrosti, medtem ko so načrtovalci RAM-a želeli povečati zmogljivost in zanemarili hitrost. Za oblikovalce CPE je bil to problem, saj je hitrost RAM-a ključni dejavnik pri zmogljivosti CPE za številne aplikacije in večja ko je vrzel med CPE-RAM, težje bi jo bilo izboljšati izvedba.

Predpomnilnik je bil rešitev. Čeprav ima predpomnilnik majhno zmogljivost v primerjavi z RAM-om, njegova visoka hitrost to v večini primerov nadomesti. Vendar pa predpomnilnik ni popoln. Njegova glavna slabost je velikost; predpomnilnik je fizično velik glede na to, kako malo lahko shrani. Predpomnilnik je tudi odporen na krčenje vozlišč, tako da medtem ko se lahko jedra in druge komponente v CPE precej enostavno skrčijo iz ene generacije v drugo, se predpomnilnik skrči veliko manj. Zaradi tega je predpomnilnik zelo draga komponenta procesorja, kar je eden glavnih razlogov, zakaj ima predpomnilnik običajno tako malo prostora za shranjevanje.

Kako deluje predpomnilnik?

Glavna uporaba predpomnilnika je povzročila bolj niansirane izvedbe predpomnilnika in RAM-a, dokler nismo končal s hierarhijo pomnilnika, s predpomnilnikom na vrhu, RAM-om na sredini in shrambo na dno. Ta stopenjski pristop omogoča, da so kritični podatki za CPE fizično bližje procesorju, kar zmanjša zakasnitev in pomaga vašemu računalniku delovati hitro.

Predpomnilnik ima lastno hierarhijo ali ravni predpomnilnika, ki so razdeljeni na predpomnilnik L1, L2 in L3. To so vse vrste predpomnilnika, vendar opravljajo nekoliko drugačne funkcije.

Predpomnilnik L1 je prva raven predpomnilnika in tudi najmanjša, običajno razdeljena na ukaze L1 ali L1i in podatke L1 ali L1d. Vsako jedro v CPE ima svoj ekskluzivni del predpomnilnika L1, ki je običajno velik le nekaj kilobajtov. Vrste podatkov, shranjenih v predpomnilniku L1, so stvari, ki jih je CPE pravkar uporabil ali pričakuje, da jih bo kmalu uporabil. Če procesor potrebuje podatke, ki niso v predpomnilniku L1, gre na naslednjo raven: L2.

Tako kot predpomnilnik L1 je tudi predpomnilnik L2 pogosto ekskluziven za eno samo jedro CPE, v nekaterih procesorjih pa si ga deli več jeder. Prav tako je veliko, veliko večji; na primer, vsako jedro P v Core i9-12900K ima 80 kilobajtov predpomnilnika L1 in 1,25 megabajta predpomnilnika L2, kar je skoraj 16-krat več. Vendar pa imajo večji predpomnilniki večjo zakasnitev, kar pomeni, da traja več časa, da pride do komunikacije med jedrom CPU in predpomnilnikom. Ko želijo procesorji doseči stvari v nekaj mikrosekundah ali celo nanosekundah, je nekoliko večja zakasnitev L2 predpomnilnika pomembna. Če CPE ne najde zahtevanih podatkov v predpomnilniku L2, zahteva naslednjo raven: L3.

Predpomnilnik L3 je velika stvar: delijo ga nekatera ali vsa jedra v CPE in je velik. 12900K ima na primer 30 MB predpomnilnika L3, kar je 24-kratnik predpomnilnika L2. Zakasnitev predpomnilnika L3 je še slabša kot predpomnilnik L2, vendar je imeti velik predpomnilnik L3 res pomembno, da preprečite, da bi CPU zahteval RAM za potrebne podatke. Razen pomnilnika ima RAM najslabšo hitrost in zakasnitev v pomnilniški hierarhiji in kadar koli mora CPE dostopati do RAM-a za zahtevane podatke, se stvari ustavijo. V idealnem primeru bo vse, kar je pomembno, shranjeno vsaj v predpomnilniku L3, da se prepreči velika upočasnitev.

Nekateri procesorji imajo celo predpomnilnik L4, vendar običajno deluje kot RAM, ki je v paketu procesorja. Nekateri Intelovi prvi 14nm procesorji, ki so temeljili na arhitekturi Broadwell, so vključevali 128 MB vgrajenega DRAM-a in Prihajajoči strežniški procesorji podjetja Sapphire Rapids so lahko opremljeni s HBM2, ki se nekako uporablja kot dodatna raven predpomnilnik.

Ali je predpomnilnik procesorja pomemben za igranje?

Predpomnilnik procesorja naredi veliko razliko za igranje. Čeprav so zmogljivosti z eno nitjo, ukazi na uro (IPC) in hitrost ure tradicionalno veljali za največjo pomembnih dejavnikov pri igranju iger, je postalo zelo jasno, da je predpomnilnik verjetno najpomembnejši dejavnik od vseh v rivalstvu med AMD in Intel.

Predpomnilnik je za igranje tako pomemben zaradi današnjega oblikovanja iger. Sodobne igre imajo veliko naključnosti, kar pomeni, da mora CPE nenehno izvajati preprosta navodila. Brez dovolj predpomnilnika je vaša grafična kartica prisiljena čakati na CPE, ko se navodila kopičijo in povzročijo ozko grlo. Ogledate si lahko primer, kako velika je to razlika AMD-jev 3D V-Cache tehnologija v Far Cry 6 spodaj.

V zadnjih letih smo opazili trend povečanja predpomnilnika za igranje iger. AMD-jevi procesorji Ryzen 3000 so imeli dvakrat več predpomnilnika L3 kot prejšnja generacija in so bili veliko hitrejši za igranje iger ter so skoraj dohiteli Intel. Ko je bil predstavljen Ryzen 5000, AMD ni dodal več predpomnilnika, je pa poenotil dva bloka predpomnilnika L3 znotraj CPE, kar je močno zmanjšalo zakasnitev in postavilo AMD v vodstvo pri igralni zmogljivosti. AMD se je podvojil s svojo tehnologijo 3D V-Cache na Ryzen 7 5800X3D, ki zloži 64 MB čipa predpomnilnika L3 na CPE za skupno 96 MB, več kot celo vodilni Ryzen 9 5950X.

Intel poskuša dohiteti AMD in njegova trenutna generacija procesorjev Alder Lake ima do 30 MB Predpomnilnik L3, kar je bistveno manj kot večina procesorjev Ryzen, vendar imajo tudi veliko več L1 in L2 predpomnilnik. Vendar pa Intelova pomanjkljivost glede zmogljivosti L3 ne pomeni, da so procesorji Ryzen 5000 veliko hitrejši za igranje. V našem pregledu Core i9-12900K, smo ugotovili, da je 12900K izenačen z Ryzen 9 5950X glede igralne zmogljivosti.

Tekma za predpomnilnik se bo skoraj zagotovo nadaljevala s prihajajočim Ryzen 7000 in procesorji Raptor Lake. Potrjeno je, da ima Ryzen 7000 dvakrat večji predpomnilnik L2 kot Ryzen 5000 in verjetno bomo videli več procesorjev, ki uporabljajo V-Cache. Medtem Intel nima lastne različice V-Cache, vendar se govori, da ima Raptor Lake veliko več L3 predpomnilnika kot Alder Lake, samo v samem CPE.

Priporočila urednikov

• AMD-jev najnovejši čip V-Cache se je izkazal za poceni, hiter in popoln za igranje
• Kako testiramo računalniške komponente in strojno opremo
• Evo, zakaj so ljudje tako razburjeni zaradi današnjih novic o računalnikih Starfield
• Najboljše zgradbe osebnih računalnikov: proračun, igre, urejanje videa in drugo
• AMD je morda pravkar omogočil MacBooku podobne igralne prenosnike, vendar sem še vedno skeptičen