В этой публикации, друзья, рассмотрим, на что влияет кэш процессора. Сие знание будет весьма полезно при покупке компьютера, для принятия более обоснованных решений при подборе процессора в ПК, либо при выборе той или иной модели ноутбука на базе того или иного процессора. Особенно, если речь идёт о компьютере для задач, требующих высокой производительности. Также рассмотрим сопутствующие вопросы по теме: кэш процессоров Intel или AMD лучше, и что там за камешки AMD такие с кэшем L3 от 96 Мб.

↑ Что такое кэш процессора

Кэш процессора — это небольшая, но очень быстрая память, встроенная непосредственно в процессор. Используется для временного хранения данных и инструкций, к которым процессор обращается наиболее часто. Ко всему этому кэш-память позволяет получать доступ мгновенно. Инструкции хранят команды, которые процессор выполняет, а данные содержат те значения, с которыми процессор работает.

Вместо того, чтобы обращаться к оперативной памяти компьютера, процессор сначала проверяет свой кэш, в него из оперативной памяти копируются часто используемые данные и инструкции. И поскольку кэш-память находится непосредственно внутри процессора, это обеспечивает минимальную задержку при доступе к данным. Тогда как системная оперативная память является отдельной микросхемой и соединена с процессором через шину, что увеличивает время доступа.

Чем больше объём кэша, тем больше данных в нём может храниться. Соответственно, тем реже процессору нужно обращаться к оперативной памяти, и, как следствие, это будет лучше сказываться на производительности компьютера.

В многозадачных сценариях работы компьютера, где процессор должен быстро переключаться между задачами, наличие хорошего объёма кэша позволяет более эффективно хранить и обрабатывать данные для каждой задачи, улучшая общую производительность. Кэш важен в задачах как то: кодирование видео, сжатие данных, 3D-рендеринг, графический дизайн, виртуализация, многопотоковая передача данных и т.п. Ну и, конечно же, игры. В играх кэш процессора помогает обрабатывать графику, физику и другие элементы более эффективно, что может привести к повышению частоты кадров (FPS) и улучшению плавности игрового процесса.

Большой кэш процессора нужен для многих задач на компьютере, но не для всех. Так, например, если взять игры, большой кэш процессора нужен в стратегиях в реальном времени, MMORPG, играх с большими открытыми мирами. В этих играх требуется обращение к большим объёмам данных для загрузки текстур. Кэш процессора может хранить метаданные текстур и быстрее получать доступ к их файлам. Но шутеры, гонки и прочие экшн-игры больше полагаются на производительность видеокарты и процессора, а не на его кэш.

Кэш процессора малозначим для задач, которые не требуют интенсивного обращения к большим объёмам данных: веб-сёрфинг, работа с документами, работа с простыми программами, прослушивание музыки и просмотр видео, игры с минимальными требованиями.

↑ Уровни кэша процессора

Друзья, комплектация процессора кэш-памятью – недешёвое удовольствие и та ещё закавыка для производителей. Кэш-память требует использования высокоскоростных ячеек памяти типа SRAM (Static RAM), которые гораздо быстрее, но при этом сложнее и дороже в производстве, чем оперативная память DRAM. Другой проблемой является ограниченное пространство внутри процессора. Для слишком большого объёма кэш-памяти нужна интеграция чипа памяти большего размера, который займёт много места. А место нужно для размещения не только кэш-памяти, но также других компонентов процессора. Производители, стеснённые всеми этими условностями, вынуждены искать баланс между физическими возможностями, производительностью и стоимостью.

Поэтому, несмотря на то, что кэш-память ускоряет работу процессора, её объём обычно ограничен в целях сохранения приемлемой цены и эффективного распределения компонентов процессора. Другим компромиссом является распределение кэш-памяти по уровням.

Так, кэш процессора организован в три уровня: L1, L2 и L3. Каждый уровень отличается по размеру, скорости и цели:

• Кэш L1 (Level 1) – кэш первого уровня, это самый быстрый и маленький уровень кэша. Кэш L1 делится на две части: кэш инструкций и кэш данных. L1 имеет минимальную задержку, это очень быстрая память. Располагается непосредственно в ядре процессора, что позволяет максимально быстро передавать данные. Обычно кэш L1 имеет объём от 32 до 128 Кб на ядро. Используется для выполнения простых и часто повторяющихся операций;
• Кэш L2 (Level 2) - кэш второго уровня, он больше по объёму, но медленнее, чем L1. В некоторых процессорах он также делится между инструкциями и данными, но чаще используется как унифицированная память. L2 располагается рядом с ядром и обеспечивает промежуточную память между очень быстрым, но маленьким L1, и более медленным, но большим L3. Объём L2 обычно составляет от 256 Кб до 2 Мб на ядро. Этот кэш ускоряет доступ к данным и инструкциям, которые не поместились в кэш L1, влияет на работу сложных программ, где требуется больше данных, чем может хранить кэш L1;
• Кэш L3 (Level 3) - кэш третьего уровня, это самый большой и самый медленный уровень кэша, который часто общий для всех ядер процессора. Тогда как L1 и L2 обычно привязаны к каждому ядру. Кэш L3 хранит большие объёмы данных и инструкций, которые часто используются различными ядрами процессора. Служит буфером для данных, которые не помещаются в кэш L1 или L2. Объём L3 может быть от 4 до 64 Мб и более.

В спецификациях процессоров объём кэша L1 и L2 указывается как значение для каждого ядра отдельно, а объём кэша L3, позволяющего ядрам процессора обмениваться данными и координировать задачи, указывается как общий для всех ядер. У процессоров Intel Core начиная 12-го поколения, которые имеют два типа ядер – производительные и энергоэффективные, разный объём кэша L1 и L2 для этих двух типов ядер (обычно больше у энергоэффективных).

↑ Intel vs AMD: кэш каких процессоров больше

Характеристики процессоров, представленные на различных сайтах в Интернете, могут быть неполными и содержать объём кэш-памяти только L3. Это более универсальный показатель: кэш L3 является общим для всех ядер процессора, напрямую влияет на производительность при работе с данными, более масштабен. Объём кэша L3 может выгодно смотреться в рекламных и маркетинговых материалах. Да и для потребителей, не обладающих глубокими техническими знаниями, легче понять и оценить одно значение кэша L3, чем значения всех трёх уровней, не понимая их сути.

Возможно, в расчёте на это компания AMD невероятно щедра на кэш L3 своих процессоров. Для сравнения кэш L3 современных производительных процессоров Intel и AMD составляет:

• Core i5 – 20-24 Мб против Ryzen 5 – 32 Мб;
• Core i7 – 25-33 Мб против Ryzen 7 – 32 Мб;
• Core i9 – 30-36 Мб против Ryzen 9 – 64 Мб.

Но почему же тогда процессоры Ryzen не доминируют над Intel Core?

Дело в том, друзья, что Intel разрабатывает свои процессоры с высокой степенью оптимизации кэш-памяти. Их архитектура эффективно использует кэш меньшего объёма. Плюс к этому, высокая производительность достигается за счёт других аспектов работы процессоров - высокие тактовые частоты, улучшенная предсказуемость ветвлений и высокоскоростная шина передачи данных. И что немаловажно, компания Intel часто делает выбор в пользу более быстрого кэша меньшего объёма. Так, например, если мы сравним двух самых производительных на сегодняшний представителей Intel и AMD - Core i9-14900KS и Ryzen 9 9950X, обнаружим, что общий кэш L1 и L2 у первого примерно вдвое больше, чем у второго. Тогда как кэш L3 примерно вдвое больше у представителя AMD.

↑ 3D V-Cache от AMD

Отдельные модели процессоров AMD предусматривают огромнейший кэш L3 – 96 Мб. Такие модели компания стала выпускать начиная с 5000-й серии Ryzen, они содержат в своём названии в конце дописку «X3D». В 5000-й серии это Ryzen 5 5600X3D и Ryzen 7 5800X3D.

В 7000-й серии Ryzen это их преемники и два представителя Ryzen 9 - Ryzen 9 7900X3D и Ryzen 9 7950X3D – с кэшем L3 128 Мб.

Эти процессоры заточены под задачи, где важен большой кэш L3. Реализация же кэш-памяти столь большого объёма стала возможна благодаря технологии 3D V-Cache от AMD. Это инновационное решение по увеличению объёма кэш-памяти без расширения площади процессора. Основная идея 3D V-Cache — это вертикальная интеграция кэша, где дополнительный кэш размещается не рядом с процессорными ядрами, а над ними в виде отдельного слоя.

Но, друзья, дёшево такие процессоры с 3D V-Cache компания AMD не отдаёт. Стоят ли они своих денег, есть ли смысл в таких больших объёмах кэша L3, тогда как можно просто взять более производительный процессор – об этом всём детально в статье «Процессор AMD Ryzen 7 5800X3D: что даёт кеш L3 96 Мб на деле».