Cos’è la cache L1 L2 L3 della CPU? Qualè la loro funzionalità?

Il termine cache è spesso usato nel mondo informatico. Non è univoco per i processori ed è necessario che il tuo PC funzioni in modo efficiente come fa. Ad esempio, il tuo browser memorizza costantemente nella cache i dati di immagini, modelli, video e così via del sito Web. Ciò significa che la prossima volta che aprirai quel sito Web, il tuo computer non dovrà sprecare altro tempo, larghezza di banda ed energia per elaborare nuovamente quei dati. Invece, il browser accederà solo alla sua cache e il sito si caricherà molto più velocemente.

Questo vale anche per i sistemi operativi. I dati memorizzati nella RAM vengono memorizzati nella cache, consentendo al sistema operativo di essere notevolmente più reattivo. La differenza di L3 da L1 e L2 è che ogni core può essere utilizzato in comune. In altre parole, quando lo spazio in L1 e L2 è esaurito, la memoria L3 può essere utilizzata al posto di ciascuna memoria RAM core per l’elaborazione. Questo ti darà una velocità extra.

Cache nelle CPU

La cache è diversa nelle CPU? Il suo scopo è molto simile, ma differisce in alcuni modi importanti. I processori funzionano in modo incredibilmente veloce ma richiedono un rapido accesso a determinati dati per utilizzare correttamente tale velocità. Poiché la normale memoria di sistema (DRAM) è semplicemente troppo lenta e lontana dal processore, la CPU ha una propria cache hardware, che è considerevolmente più piccolo e molto più vicino al die della CPU. Riducendo la distanza di comunicazione, l’intero processo di accesso alle informazioni diventa molto più veloce.

Ciò significa che è molto simile alle cache software (dati salvati del browser) e hardware (RAM), ma c’è ancora di più.

L1, L2 o L3: che cos’è

Potresti notare che la cache della CPU è sempre supportata dal termine L1, L2, L3 e talvolta anche L4. Questi termini denotano la cache multilivello utilizzata per le CPU.

Quindi, L1 sarebbe il livello uno, L2 è il livello due e L3, ovviamente, è il livello tre.

• L1 è la memoria più veloce trovata in qualsiasi PC consumer. È notevolmente più veloce di altri livelli di cache o RAM. Tuttavia, ha anche una capacità molto inferiore perché è costosa da realizzare. Al giorno d’oggi, la cache L1 varia da 256 KB a non più di 1 MB, ma anche questo è sufficiente poiché questa memoria è integrata direttamente nei core della CPU. È anche importante notare che ogni core riceve una cache L1 dedicata.
• L2 può avere una capacità molte volte maggiore di L1 (Ryzen 5900X ha 6 MB di cache L2). La cache L2 è in genere di pochi megabyte e può arrivare fino a 10 MB. Tuttavia, L2 non è veloce come L1, si trova più lontano dai core ed è condiviso tra i core della CPU.
• L3 è considerevolmente più grande di L1 e persino di L2. L’i9-11900K di Intel ha 16 MB di cache L3, mentre il Ryzen 5950X di AMD ha 64 MB. A differenza di L1, le cache L2 e L3 sono condivise tra tutti i core. È anche la memoria più lenta della CPU.
• L4 non è molto comune; non lo troverai su nessuna moderna CPU consumer. Prende la forma di DRAM rispetto a L1, L2 o L3 SRAM ed è anche posizionato separatamente dal chip.

Per ottimizzare ulteriormente l’accesso ai dati, L1 è spesso suddiviso in L1d (per i dati) e L1i (per le istruzioni).

La cache della CPU influisce sulle prestazioni di gioco?

Durante Computex 2021, AMD ha annunciato di essere riuscita a stipare ancora più cache. Questo è possibile grazie al nuovo AMD chiplet Zen 3 impilati.

I processori Zen 3 riceveranno 64 MB di cache di processo a 7 nm, denominata 3D V-Cache. Ciò aumenterà la cache L3 di questi processori fino a 192MBche è triplicare l’importo rispetto ai normali chip Zen 3; questo è molto di più.

Tuttavia, Lisa Su ha anche affermato che 3D V-Cache sarà enorme per i giocatori. Perché? Bene, in base al grafico di AMD, una cache maggiore e più veloce può avere un impatto sostanziale sulle prestazioni di gioco.

L’immagine sopra mostra un confronto tra Zen 3 Ryzen 9 5900X fisso a 4,0 GHz contro un altro Processore a 12 core (probabilmente 5900X) che è stato impilato in 3Danch’esso fissato a 4,0 GHz.

Ciò significa che le uniche differenze tra le due CPU sono la velocità e le dimensioni della cache. Anche con differenze così piccole, il processo impilato 3D fornisce fino a 25% di FPS in più in Monster Hunter World sul 5900X. In media lo è 15% più veloce nei giochi.

Questo è l’aumento delle prestazioni che di solito vediamo quando passiamo a un processo più piccolo e non semplicemente aggiungendo più cache.

Tuttavia, questo è forse solo il caso della cache più recente e più veloce di AMD. E la memoria presente nelle CPU delle generazioni precedenti?

Sulla base dell’analisi e dei test approfonditi di TechSpot, sembra che la cache della CPU abbia un notevole effetto sulle prestazioni di gioco.

Sono stati in grado di testarlo bloccando il file i9-10900K (20 MB di cache) e i7-10700K (16 MB di cache) a otto core e corrispondendo anche alla frequenza. Ciò rende la cache l’unica differenza tra questi due SKU.

In giochi come Rainbow Six Siege di Tom Clancy, che non è molto legato alla GPU, il 10900K ha battuto il 10700K di circa 5%. Benchmark in L’ombra di Tomb Raider mostrava anche differenze simili nelle prestazioni.

Per esplorare ulteriormente questa idea, TechSpot è sceso a una dimensione della cache ancora più bassa. Hanno bloccato sia l’i9-10900K che l’i7-10700K a sei core e li hanno abbinati alla stessa frequenza di un 10600K, che ha solo 12 MB di cache.

In tutti i giochi, il 10900K e il 10700K erano considerevolmente più veloci. In alcuni giochi, il 10900K era all’altezza 20% più veloce del 10600K– questa è un’enorme differenza.

Quindi, la risposta finale è SÌ! La cache della CPU ha un impatto significativo sulle prestazioni di gioco. Tale impatto probabilmente si traduce anche in altre attività, come il rendering o la codifica.

Conclusione

Un processore è un componente hardware estremamente complicato e ciascuno dei suoi componenti ha il proprio scopo ed è estremamente importante. La rimozione di una sola parte ostacolerà notevolmente le prestazioni della CPU. Per questo motivo, non possiamo veramente determinare l’importanza della cache della CPU e in che modo influisce esattamente sulle prestazioni di gioco o di produttività. La quantità e il livello più bassi di cache nei processori odierni non sono cambiati molto negli ultimi dieci anni. Tuttavia, la dimensione della cache L3 ha continuato a crescere. Dieci anni fa, se fossi stato abbastanza fortunato da avere un Intel i7-980X, avresti potuto ottenere 12 MB di spazio. Oggi è possibile acquistare un processore con 64 MB di memoria L3 a metà di tale importo.

Anche così, abbiamo ottenuto una visione decente con i benchmark di cui sopra. Ce lo dimostrano La cache della CPU è vitalee i miglioramenti della velocità o della capacità in futuro porteranno sicuramente un aumento degli FPS nei giochi, un rendering più veloce e altro ancora.