Процессоры AMD 7800X3D и 7950X3D занимают первое место среди процессоров для игр не потому, что у них больше ядер или самая высокая тактовая частота, а потому, что у них больше всего кэша. Но что такое кэш процессора? Это небольшое количество сверхбыстрой памяти с быстрым доступом, встроенной в сам чип, которая помогает ему получать данные, необходимые для выполнения операций с молниеносной скоростью.
Однако отдача не линейна - не зря 7950X3D не оснащается дополнительным кэшем на всех ядрах. На самом деле, наличие большого количества дополнительного кэша имеет некоторые недостатки, даже если он помогает повысить производительность в играх. Вот все, что вам нужно знать о кэше процессора.
Что такое кэш процессора?
Кэш - это объем памяти, который находится в самом процессоре, либо интегрирован в отдельные ядра, либо распределен между некоторыми или всеми ядрами. Это небольшая часть выделенной памяти, которая находится непосредственно в процессоре, чтобы процессору не приходилось получать информацию из системной оперативной памяти каждый раз, когда вы хотите что-то сделать на своем компьютере. Каждый процессор имеет небольшой объем кэш-памяти, причем у маленьких процессоров он может составлять всего несколько килобайт, в то время как у больших процессоров он может составлять много мегабайт.
Но зачем нужен кэш, если у нас уже есть быстрый SSD-накопитель и еще более быстрая оперативная память? Все дело в производительности. В 1990-х годах скорость оперативной памяти не успевала за потребностями процессора, что создавало проблему для разработчиков CPU. Решением стало добавление локального кэша в сами чипы.
Хотя кэш имеет ограниченный объем по сравнению с оперативной памятью, его высокая скорость компенсирует это. Единственный недостаток - дороговизна упаковки памяти в крошечный чип, поэтому она обычно не используется в больших количествах. Однако с 3D V-Cache AMD нашла способ заставить его работать, и теперь мы можем похвастаться более производительными игровыми чипами.
Как работает кэш? Объяснение L1, L2, L3
Широкое распространение кэша привело к появлению более тонких реализаций кэша и оперативной памяти, пока мы не пришли к иерархии памяти, в которой кэш находится наверху, оперативная память - в середине, а хранилище - внизу. Такой многоуровневый подход позволяет критически важным для процессора данным находиться физически ближе к нему, уменьшая задержки и помогая вашему компьютеру работать быстрее.
Кэш имеет свою иерархию, или уровни кэша, которые делятся на кэш L1, L2 и L3. Это все виды кэша, но они выполняют немного разные функции.
Кэш L1 - это первый уровень кэша, а также самый маленький, обычно он делится на кэш инструкций L1 или L1i и кэш данных L1 или L1d. Каждое ядро процессора имеет свой эксклюзивный участок кэша L1, размер которого обычно составляет всего несколько килобайт. В кэше L1 хранятся данные, которые процессор только что использовал или ожидает использовать в ближайшее время. Если процессору нужны данные, которых нет в кэше L1, он переходит на следующий уровень: L2.
Как и кэш L1, кэш L2 часто принадлежит только одному ядру процессора, но в некоторых процессорах он делится между несколькими ядрами. Он также намного, намного больше; например, каждое P-ядро в Core i9-12900K имеет 80 килобайт кэша L1, а также 1,25 мегабайта кэша L2, что почти в 16 раз больше. Однако большие кэши имеют более высокую латентность, что означает, что на обмен данными между ядром процессора и кэшем требуется больше времени. Когда процессору нужно выполнить задачу за микросекунды или даже наносекунды, немного большая задержка кэша L2 имеет значение. Если процессор не может найти требуемые данные в кэше L2, он обращается к следующему уровню: L3.
Кэш L3 имеет большое значение: он делится между некоторыми или всеми ядрами процессора, и он большой. Например, 7950X3D имеет 128 МБ кэша L3 с прикрепленным 3D V-Cache, в то время как кэш L2 составляет всего 16 МБ. Задержка кэша L3 еще хуже, чем L2, но наличие большого кэша L3 действительно важно для предотвращения необходимости обращения процессора к оперативной памяти за нужными данными. За исключением хранилища, оперативная память имеет наихудшие показатели скорости и задержки в иерархии памяти, и всякий раз, когда процессору требуется обратиться к оперативной памяти за необходимыми данными, работа может застопориться.
Некоторые процессоры даже имеют кэш-память L4, но она обычно работает как оперативная память, которая находится на корпусе процессора. Некоторые из первых 14-нм процессоров Intel на базе архитектуры Broadwell включали 128 МБ встроенной DRAM, а серверные процессоры Sapphire Rapids компании могут поставляться с HBM2, которая используется как дополнительный уровень кэша.
Имеет ли кэш процессора значение для игр?
Кэш процессора имеет большое значение для игр. Хотя традиционно считается, что однопоточная производительность, количество инструкций за такт (IPC) и тактовая частота являются наиболее важными факторами игровой производительности, стало совершенно ясно, что кэш, вероятно, является наиболее важным фактором в соперничестве между AMD и Intel.
Кэш очень важен для игр, потому что именно так они сегодня устроены. В современных играх много случайностей, а это значит, что центральному процессору постоянно приходится выполнять простые инструкции. Без достаточного кэша видеокарта вынуждена ждать процессор, поскольку инструкции накапливаются и становятся узким местом. Пример того, насколько велика разница, можно увидеть на графике производительности процессора в играх ниже с помощью технологии 3D V-Cache от AMD.
В последние годы мы наблюдаем тенденцию к увеличению количества кэша для игр. AMD увеличивала объем кэш-памяти процессора на протяжении многих лет, а в Ryzen 7 5800X3D и его преемниках поколения Ryzen 7000 удвоила объем технологии 3D V-Cache.
Intel играет в догонялки с AMD, и ее процессоры последнего поколения имеют больше кэша, чем когда-либо прежде, что помогает им оставаться конкурентоспособными в играх. Вполне вероятно, что в ближайшие годы количество кэш-памяти продолжит расти, еще больше расширяя границы игровой производительности.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Также вы можете прочитать меня здесь:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- официальный сайт: https://www-genshin.ru
