Co je cache CPU?

Co je cache CPU? – OBSAH

1. Co je cache?
2. Vrstvy CPU cache
3. AMD 3D V-CACHE – o co jde?

Co je CPU cache?

Cache je relativně malé množství extrémně rychlé vyrovnávací paměti, která je uvnitř samotného procesoru. A to buď přímo v jednotlivých jádrech, nebo je k dispozici jako sdílený prostor pro všechna jádra. Tato speciální vyhrazená paměť se stará o to, že procesor nemusí načítat informace z výrazně pomalejší systémové paměti RAM pokaždé, když chcete v počítači něco provést. Každý procesor má určitě množství mezipaměti, přičemž výkonnostně slabé CPU mají jen několik kilobajtů, zatímco výkonné moderní procesory mohou mít mezipaměť v hodnotě několika desítek MB.

Vrstvy CPU cache

Jak jsme již zmínili, tak pro zvýšení efektivity využívá procesor malý kousek paměti v blízkosti jádra procesoru, který se nazývá mezipaměť procesoru - cache. Ta má za úkol vyrovnávat rychlostní rozdíly mezi jednotlivými komponentami. Jsou velmi rychlé a v procesoru se dělí podle vrstev, anglicky layer, proto je také písmeno L před samotnou číslovkou vrstvy. L3 cache je v procesoru nejpomalejší, nejobjemnější a sdílí ji všechna jádra. Čím je úroveň paměti nižší, tím menší je její objem, vyšší její rychlost a zároveň má blíže k samotnému procesoru.

• L1 cache – je obvykle součástí čipu procesoru a je obvykle nejrychlejší a nejmenší mezipamětí procesoru. Paměť L1 cache se obvykle dělí na dvě části: instrukční cache a datovou cache. Instrukční cache se zabývá informacemi o operaci, kterou má procesor provést, zatímco datová cache uchovává data, nad kterými má být operace provedena. Neexistuje žádná "standardní" velikost mezipaměti L1. Nicméně z logických důvodů roste její kapacita úměrně s cenou a výkonem CPU.
• L2 cache – je pomalejší než mezipaměť L1, ale má větší velikost. Zatímco mezipaměť L1 má kapacitu v kilobajtech, moderní mezipaměť L2 už v megabajtech. Přičemž každé jádro má samostatnou L2 cache. Pokud jde o rychlost, tak mezipaměť L2 zaostává za mezipamětí L1, ale stále je mnohem rychlejší než systémová paměť RAM. Paměť cache L1 je obvykle 100× rychlejší než paměť RAM, zatímco paměť cache L2 je přibližně 25× rychlejší.
• L3 cache – mezipaměť L3 je největší, současně však nejpomalejší paměťovou jednotkou v CPU. Moderní procesory mají vyrovnávací paměť L3 integrovanou přímo v sobě, ale zatímco mezipaměť L1 a L2 existují pro každé jádro přímo na čipu, mezipaměť L3 funguje jako sdílený paměťový fond pro všechna jádra. V dřívějších dobách (straší jednojádrová CPU) se mezipaměť L3 nacházela mimo CPU přímo na základní desce. Nyní může být mezipaměť L3 v procesoru obrovská, přičemž špičkové procesory jsou vybaveny mezipamětí L3 o velikosti až 32 MB. Některé serverové čipy však mají klidně i 256 MB mezipaměti L3.

Paměti L2 a L1 jsou tedy implementovány přímo v jádře. Zpravidla platí, že čím větší paměť L3 cache, tím lépe. Nemusí to však být zcela pravda, například Intel u svých posledních procesorů architektury zrevidoval návrh vyrovnávacích pamětí a redukoval velikost L3 ve prospěch L2 cache.

AMD 3D V-CACHE – o co jde?

CPU cache je ta nejrychlejší paměť, kterou ve svém PC naleznete. Jako paměť můžeme sice označit i HDD, SSD, VRAM, ale v rámci výkonu jde o komunikaci mezi operační pamětí RAM a CPU cache. Zatímco RAM paměť je nejlevnější a má největší kapacitu, u CPU cache je to naopak. CPU cache je drahá, je jí málo, ale zato je mnohonásobně rychlejší než RAM.

A budeme-li se bavit o výkonu a především o herním výkonu, je pro CPU nejlepší, když potřebná data najde právě v cache. Potíž je v tom, že do L1 ani do L2 cache se toho moc nevejde, a tak jsou primárně využívány pro daleko důležitější věci. Proto se společnost AMD rozhodla pro nevšední přístup a L3 cache má v případě procesoru Ryzen 7 5800X3D trojnásobnou kapacitu (96 MB vs 32 MB). A navíc je díky svému zpracování i znatelně rychlejší. Například z naší recenze procesoru AMD Ryzen 7 5800X3D je patrný navýšení výkonu klidně i o 20 % než u běžného, klasického modelu bez 3D-CACHE. Takový výkon je v zásadě srovnatelný s dražšími modely Core i9 od konkurence, které běží na daleko vyšších frekvencích.

Bez mezipaměti cache by klesnul výkon každého CPU o desítky procent. Proto má mimořádný význam a je dobré vědět, k čemu vlastně slouží. Po přečtení našeho článku již máte představu, jak funguje včetně jednotlivých vrstev.