Caché L1, L2 y L3: ¿Cuál es la diferencia?

Todos los procesadores de computadora modernos usan un sistema de memoria caché de varios niveles que permite que los datos se almacenen temporalmente en el chip para un acceso rápido. Comprender las diferencias entre las cachés L1, L2 y L3 puede ser importante si desea obtener el mejor rendimiento de la próxima CPU que compre.

¿Qué es la memoria caché de la CPU?

La memoria caché de la CPU es un tipo de almacenamiento de datos temporal ubicado en el procesador. Se utiliza para aumentar la eficiencia de procesamiento de la CPU al mantener pequeños bits de datos, que se solicitan con frecuencia, listos para acceder a ellos a alta velocidad. La memoria caché se compone de diferentes niveles de almacenamiento. Estos niveles se conocen comúnmente como L1, L2, L3 y ocasionalmente L4, y varían en ubicación, velocidad y tamaño.

Para comprender mejor por qué la CPU necesita su propia caché de memoria, debemos observar el desarrollo de los procesadores y la RAM. La diferencia de velocidad entre el procesador y la RAM era mínima en las primeras computadoras. Había poca preocupación de que la memoria ralentizara el procesamiento. A medida que la velocidad operativa de los procesadores centrales aumentaba mucho más que la velocidad de la RAM, era necesario reducir de alguna manera esa disparidad. La respuesta fue la memoria caché.

La memoria caché es extremadamente rápida, a menudo entre 10 y 100 veces más rápida que la DRAM, y físicamente cercana a los núcleos del procesador. Los procesadores modernos y rápidos no se ralentizan al tener que realizar solicitudes de datos desde una memoria del sistema relativamente lenta porque, en cambio, pueden obtener los datos de la memoria caché.

La razón por la que este tipo de memoria, conocida como SRAM, no solo se usa en lugar de la DRAM en una computadora se reduce a su costo. La cantidad de memoria caché en una CPU es relativamente pequeña, medida en kilobytes o megabytes en lugar de gigabytes, y sería prohibitivamente costoso fabricarlos con los mismos tamaños que los módulos de RAM modernos.

La memoria caché no debe confundirse con otros tipos de caché que se encuentran comúnmente en su computadora. Aunque "caché" puede referirse a varios tipos de almacenamiento de memoria temporal utilizados para aumentar la eficiencia del software o el hardware, la memoria caché es específica del hardware del procesador.

¿Qué es la caché L1?

La caché L1, a veces denominada caché primaria, es el nivel de memoria más pequeño y rápido. Por lo general, tiene un tamaño de 64 KB, pero cada núcleo del procesador tiene su propio caché L1 incorporado, por lo que una CPU de cuatro núcleos tendría un total de 256 KB.

Si observa los detalles de la memoria en una herramienta como CPU-Z, notará que el caché L1 se divide en dos niveles más: L1-I (instrucción) y L1-D (datos). La caché de instrucciones L1 maneja la información que se enviará al procesador, mientras que la caché de datos contiene información que se escribirá en la memoria principal.

El caché de nivel 1 puede transferir datos tan rápido o más rápido que la velocidad operativa máxima de la CPU, lo que lo hace extremadamente eficiente. Si el procesador no encuentra los datos necesarios en L1, los busca en la memoria caché L2 y L3.

¿Qué es la caché L2?

La caché L2 es una caché de memoria secundaria, también integrada dentro de cada núcleo individual de la CPU. Casi siempre tiene más espacio de almacenamiento que L1, pero funciona a una velocidad más lenta, aunque sigue siendo mucho más rápida que la velocidad de la RAM.

Algunos procesadores de gama alta pueden tener un total de 32 MB de caché L2, pero 6-12 MB es probablemente el promedio. Como se mencionó, esto se divide por igual entre todos los núcleos, lo que permite que cada uno acceda a su propio caché de forma independiente.

¿Qué es la caché L3?

En lugar de estar integrado dentro de cada núcleo de la CPU, el caché de nivel 3 actúa como un grupo de almacenamiento compartido al que puede acceder todo el procesador. Es mucho más lento que el caché L1 y L2, quizás solo el doble de rápido que la RAM, pero es el más grande de los tres niveles de memoria.

Si la CPU no puede encontrar los datos que necesita en la memoria caché, debe solicitar los datos de la memoria del sistema más lenta. Esto se denomina pérdida de caché. La introducción de la caché L3 redujo las posibilidades de fallar y, por lo tanto, ayudó a mejorar el rendimiento.

Cuando se desarrolló por primera vez, la memoria caché L3 a menudo se ubicaba en un chip separado en la placa base. Las CPU modernas ahora tienen casi exclusivamente caché L3 a bordo para una mayor eficiencia.

Caché L1 vs. L2 vs. L3: ¿Cuáles son las diferencias?

Las principales diferencias entre los tres niveles de memoria caché son el tamaño, la velocidad y el lugar donde se encuentran.

• La caché L1 tiene poca capacidad de almacenamiento, pero suele ser la memoria más rápida de cualquier computadora, hasta 100 veces más rápida que la RAM. Cada núcleo de procesador tiene su propio caché L1, generalmente alrededor de 64 KB.
• La caché L2 puede ser varias veces más grande que la L1, pero solo es unas 25 veces más rápida que la RAM. Al igual que L1, cada núcleo de procesador tiene su propia caché L2. Cada uno suele tener entre 256 y 512 KB, a veces hasta 1 MB.
• La caché L3 tiene la mayor capacidad de almacenamiento, a menudo 32 MB o más, pero puede que solo sea el doble de rápida que la memoria del sistema. La memoria caché L3 suele estar integrada en la CPU, pero separada de los núcleos.

¿Se puede borrar la memoria caché?

Hay cachés de memoria que se pueden eliminar o borrar, como el caché del sistema o el caché del navegador, pero no puede eliminar la memoria caché de la CPU. Al igual que DRAM, SRAM es una memoria volátil, lo que significa que no retiene su contenido a largo plazo. Tan pronto como apague la computadora, todo en la memoria caché se perderá.

¿Cuánta memoria caché necesito?

Como con la mayoría de los tipos de memoria, cuanto más caché tenga una CPU, mejor. No puede actualizar la memoria caché, por lo que es importante asegurarse de que el procesador que elija tenga suficiente para sus necesidades. Dicho esto, depende de lo que haga con su computadora, y no debería obsesionarse con esta función de CPU. Las velocidades de reloj, la cantidad de núcleos e hilos y otros factores pueden afectar el rendimiento de la CPU.

Una buena línea de base para la caché L1 es 64 KB por núcleo. Puede calcular esto dividiendo la cantidad total por la cantidad de núcleos en la CPU. 256 KB de caché L2 por núcleo es perfectamente aceptable, pero es posible que los jugadores deseen buscar 512 KB por núcleo. Y cualquier cosa entre 32 y 96 MB de caché L3 está bien para la mayoría de los propósitos.

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