Mi az a CPU cache?
A gyorsítótár rendkívül fontos része minden processzornak. A gyorsítótár villámgyors hozzáférést biztosít a leggyakrabban használt adatokhoz. A CPU-ban lévő gyorsítótár-memóriának több rétege és funkciója van. Nézzük meg közelebbről, hogyan működik mindez.
Mi a CPU cache? – TARTALOM
A processzor gyorsítótára
A cache egy viszonylag kis mennyiségű rendkívül gyors puffermemória, amely közvetlenül a processzorban található, akár közvetlenül az egyes magokban, akár egy megosztott területként az összes mag számára elérhető formában. Ez a speciális dedikált memória gondoskodik arról, hogy a processzornak ne kelljen minden egyes művelet során az információkat a jelentősen lassabb rendszermemóriából, a RAM-ból betöltenie. Minden processzor rendelkezik bizonyos mennyiségű gyorsítótárral, melynek mérete a teljesítményben gyengébb CPU-k esetében néhány kilobájtra korlátozódik, míg a hatékony modern processzorok gyorsítótára több tucat MB is lehet.
A CPU cache rétegei
Ahogy már említettük, a hatékonyság növelése érdekében a processzor használ egy kis memóriadarabot a processzormag közelében, amelyet a processzor gyorsítótárának, vagyis cache-nek nevezünk. Ennek a feladata, hogy kiegyenlítse a különböző komponensek sebességkülönbségeit. Nagyon gyors, és a processzoron belül rétegek, vagyis angolul "layer"-ek szerint van felosztva, ezért is van az L betű a réteg szám előtt. Az L3 cache a processzorban a leglassabb, legnagyobb kapacitású és az összes mag által hozzáférhető. Minél alacsonyabb a memória szintje, annál kisebb a kapacitása, annál nagyobb a sebessége és annál közelebb van magához a processzorhoz.
- L1 cache – általában a processzorchip része, és általában a leggyorsabb és legkisebb CPU cache. Az L1 cache általában két részre oszlik: utasítás cache és adat cache. Az utasítás cache azokat az információkat tartalmazza, amelyeket a processzornak végre kell hajtania, míg az adat cache azon adatokat tartalmazza, amelyeken a műveletet végre kell hajtani. Nincs "standard" méret az L1 cache számára. Azonban logikus okokból a kapacitása arányosan növekszik a CPU árával és teljesítményével.
- L2 cache – lassabb, mint az L1 cache, de nagyobb méretű. Míg az L1 cache kapacitása kilobájtokban mérhető, a modern L2 cache már megabájtokban. Minden mag saját L2 cache-sel rendelkezik. Sebesség szempontjából az L2 cache lemarad az L1 cache mögött, de még mindig sokkal gyorsabb, mint a rendszermemória RAM. Az L1 cache általában 100× gyorsabb, mint a RAM, míg az L2 cache körülbelül 25× gyorsabb.
- L3 cache – az L3 cache a legnagyobb, ugyanakkor a leglassabb memóriaegység a CPU-ban. A modern processzorok integrált L3 cache-sel rendelkeznek, de míg az L1 és L2 cache minden maghoz közvetlenül a chip-hez tartozik, az L3 cache mint megosztott memória működik minden mag számára. Korábban (régebbi egy magos CPU-k esetében) az L3 cache a CPU-n kívül, közvetlenül az alaplapon kapott helyet. Ma már az L3 cache a processzorban hatalmas lehet, a csúcskategóriás processzorok akár 32 MB L3 cache-sel is rendelkezhetnek. Néhány szerverchip azonban akár 256 MB L3 cache-sel is rendelkezhet.
Az L2 és L1 memóriák tehát közvetlenül a magba vannak integrálva. Általában igaz, hogy minél nagyobb az L3 cache mérete, annál jobb. Ez azonban nem minden esetben igaz, például az Intel a legutóbbi processzorainak architektúráját felülvizsgálva csökkentette az L3 cache méretét az L2 cache javára.
AMD 3D V-CACHE – mit jelent?
A CPU cache a leggyorsabb memória, amit a PC-dben található. Bár a HDD-t, az SSD-t, a VRAM-ot is memóriának nevezhetjük, de teljesítmény szempontjából a RAM és a CPU cache közötti kommunikáció a lényeg. Míg a RAM memória a legolcsóbb és a legnagyobb kapacitású, a CPU cache épp ellenkezőleg. A CPU cache drága, kevés van belőle, de többszörösen gyorsabb, mint a RAM.
És ha a teljesítményről, különösen a játékteljesítményről beszélünk, a CPU számára a legjobb, ha a szükséges adatokat közvetlenül a cache-ben találja meg. A probléma az, hogy az L1 és az L2 cache-be nem fér bele túl sok minden, így a processzormagok azt elsősorban a fontosabb dolgokra használják. Az AMD ezért egy szokatlan megközelítés mellett döntött, a Ryzen 7 5800X3D processzorba háromszor nagyobb kapacitású L3 cache-t épített be (96 MB vs 32 MB). Ráadásul jelentősen gyorsabb is, ahogy az a tesztekből kiderült, a teljesítménye akár 20%-kal is megnőhet a hagyományos, klasszikus modellhez képest, amelynek nincs 3D-CACHE-e. Ez a teljesítmény már összehasonlítható a versenytársa drágább Core i9 modelljeivel, amelyek sokkal magasabb frekvencián futnak.
Cache nélkül minden CPU teljesítménye tíz százalékkal gyengébb lenne. Ezért rendkívül fontos, és jó tudni, mire is szolgál valójában. Remélhetőleg a cikkünk elolvasása után már van némi elképzelésed arról, hogyan működik a CPU cache, beleértve az egyes rétegeket is.