Шта је ЦПУ кеш и да ли је важан?

Са производима као што је Ризен 7 5800Кс3Д који зарађују круну најбољи ЦПУ за играње игара, вероватно се питате шта је ЦПУ кеш меморија и зашто је уопште тако велика ствар. Већ знамо да ће се АМД-ови предстојећи Ризен 7000 процесори и Интелови процесори Раптор Лаке 13. генерације фокусирати на више кеш меморије, што сигнализира да ће ово бити критична спецификација у будућности.

Али да ли треба да бринете о ЦПУ кешу? Разложићемо шта је кеш процесора, зашто је толико важан и како може да направи огромну разлику ако играте игрице.

Шта је ЦПУ кеш меморија?

Кеш меморија је количина меморије која је унутар сам ЦПУ, било интегрисано у појединачна језгра или дељено између неких или свих језгара. То је мали део наменске меморије која живи директно на процесору, тако да ваш ЦПУ не мора да преузима информације из системске РАМ меморије сваки пут када желите да урадите нешто на рачунару. Сваки процесор има малу количину кеш меморије, при чему мањи процесори добијају можда само неколико килобајта, док велики процесори могу имати много мегабајта кеш меморије.

Али можда се питате зашто је кеш уопште неопходан када имамо РАМ, посебно када један штап РАМ-а може имати неколико гигабајта меморије. Све је у учинку. Током 1990-их, темпо побољшања перформанси између ЦПУ-а и РАМ-а почео је да постаје очигледан. На крају крајева, ЦПУ дизајнери су били фокусирани на повећање брзине, док су дизајнери РАМ-а желели да повећају капацитет и занемарили брзину. За дизајнере ЦПУ-а, ово је био проблем јер је брзина РАМ-а кључни фактор у перформансама ЦПУ-а за многе апликације, а што је већи јаз ЦПУ-РАМ, то би било теже побољшати перформансе.

Кеш је био решење. Иако кеш меморија има мали капацитет у поређењу са РАМ-ом, у већини случајева то надокнађује велика брзина. Кеш, међутим, није савршен. Његова главна слабост је величина; кеш меморија је физички велика колико мало може да ускладишти. Кеш меморија је такође отпорна на смањење чворова, тако да док се језгра и друге компоненте у ЦПУ-у могу прилично лако смањити из генерације у генерацију, кеш се смањује много мање. Ово чини кеш веома скупом компонентом ЦПУ-а, што је један од главних разлога зашто кеш обично има тако малу количину складишта.

Како кеш ради?

Уобичајено усвајање кеша резултирало је нијансиранијим имплементацијама кеша и РАМ меморије док не завршио са хијерархијом меморије, са кеш меморијом на врху, РАМ-ом у средини и складиштем на дно. Овај вишестепени приступ омогућава да критични подаци за ЦПУ буду физички ближи процесору, смањујући кашњење и помажући да се ваш рачунар осећа брзо.

Кеш меморија има своју хијерархију, или нивое кеша, који су подељени на Л1, Л2 и Л3 кеш. Ово су све врсте кеша, али обављају нешто другачије функције.

Л1 кеш је први ниво кеша и такође најмањи, обично подељен на Л1 инструкције или Л1и и Л1 податке или Л1д. Свако језгро унутар ЦПУ-а има свој ексклузивни комад Л1 кеша, који је обично велик само неколико килобајта. Врста података ускладиштених у Л1 кешу је оно што је ЦПУ управо користио или очекује да ће ускоро користити. Ако су ЦПУ-у потребни подаци који нису у Л1 кешу, он иде на следећи ниво: Л2.

Као и Л1 кеш, Л2 кеш је често ексклузиван за једно језгро ЦПУ-а, али у неким ЦПУ-има се дели између више језгара. Такође је много, много веће; на пример, свако П-језгро у Цоре и9-12900К има 80 килобајта Л1 кеша, као и 1,25 мегабајта Л2 кеша, скоро 16 пута више. Међутим, веће кеш меморије имају веће кашњење, што значи да је потребно више времена за комуникацију између ЦПУ језгра и кеша. Када процесори желе да постигну ствари за неколико микросекунди или чак наносекунди, нешто већа латенција Л2 кеша је битна. Ако ЦПУ не може да пронађе тражене податке у Л2 кешу, тражи следећи ниво: Л3.

Л3 кеш меморија је велика ствар: дели се између неких или свих језгара унутар ЦПУ-а, и велика је. 12900К има 30МБ Л3 кеш меморије, на пример, 24 пута више од Л2 кеш меморије. Латенција Л3 кеш меморије је још гора од Л2, али имати велику Л3 кеш меморију је заиста важно да спречите ЦПУ да тражи од РАМ-а потребне податке. Осим за складиштење, РАМ има најгору брзину и латенцију у хијерархији меморије, и кад год ЦПУ треба да приступи РАМ-у за потребне податке, ствари се заустављају. У идеалном случају, све што је важно биће ускладиштено барем у Л3 кешу како би се спречило велико успоравање.

Неки ЦПУ-и чак имају Л4 кеш меморију, али обично функционише као РАМ који се налази у ЦПУ пакету. Неки од првих Интелових 14нм ЦПУ-а заснованих на Броадвелл архитектури укључивали су 128МБ уграђене ДРАМ меморије и Предстојећи Саппхире Рапидс серверски процесори компаније могу доћи са ХБМ2, који се на неки начин користи као додатни ниво цацхе.

Да ли је ЦПУ кеш битан за играње?

ЦПУ кеш чини велику разлику за играње. Иако се перформансе са једним навојем, инструкције по такту (ИПЦ) и брзина такта традиционално сматрају највећим важни фактори у перформансама игара, постало је јасно да је кеш вероватно најважнији фактор у ривалству између АМД и Интел.

Кеш меморија је толико важна за играње игара због начина на који су игре дизајниране данас. Модерне игре имају много случајности, што значи да ЦПУ стално треба да извршава једноставна упутства. Без довољно кеша, ваша графичка картица је приморана да чека на вашем ЦПУ-у док се упутства гомилају и изазвати уско грло. Можете видети пример колика је разлика у томе АМД-ов 3Д В-Цацхе технологија у Фар Цри 6 испод.

Последњих година смо видели тренд ка већем броју кеша за игре. АМД-ови Ризен 3000 ЦПУ-и су имали двоструко више Л3 кеша од претходне генерације и били су много бржи за играње игара, скоро сустижући Интел. Када је Ризен 5000 лансиран, АМД није додао више кеш меморије, али је ујединио два блока Л3 кеша унутар ЦПУ-а, што је у великој мери смањило кашњење и довело АМД у вођство по перформансама у играма. АМД је удвостручио своју 3Д В-Цацхе технологију на Ризен 7 5800Кс3Д, који слаже 64МБ чип Л3 кеш меморије на врх ЦПУ-а за укупно 96МБ, више него чак и водећи Ризен 9 5950Кс.

Интел игра сустизање са АМД-ом, а његова тренутна генерација Алдер Лаке ЦПУ-а има до 30МБ Л3 кеш, што је знатно мање од већине Ризен ЦПУ-а, али такође имају много више Л1 и Л2 цацхе. Међутим, Интелов недостатак у Л3 капацитету не значи да су Ризен 5000 ЦПУ-и много бржи за играње игара. У нашем прегледу Цоре и9-12900К, открили смо да је 12900К повезан са Ризен 9 5950Кс за перформансе у играма.

Трка за кешом ће се готово сигурно наставити са предстојећим Ризен 7000 и Раптор Лаке процесори. Потврђено је да Ризен 7000 има двоструко већи Л2 кеш од Ризен 5000 и вероватно ћемо видети више ЦПУ-а који користе В-Цацхе. У међувремену, Интел нема сопствену верзију В-Цацхе-а, али се прича да Раптор Лаке има много више Л3 кеша од Алдер Лакеа, само у самом ЦПУ-у.

Препоруке уредника

• Најновији АМД-ов В-Цацхе чип се показао као јефтин, брз и савршен за играње игара
• Како тестирамо компоненте и хардвер рачунара
• Ево зашто су људи толико узнемирени због данашњих Старфиелд ПЦ вести
• Најбоље верзије рачунара: буџет, играње игара, уређивање видеа и још много тога
• АМД је можда управо омогућио лаптопове за игре налик МацБоок-у, али сам и даље скептичан