Cache L1, L2 e L3: qual é a diferença?

Todos os processadores de computador modernos usam um sistema de memória cache de vários níveis que permite que os dados sejam temporariamente armazenados no chip para acesso rápido. Compreender as diferenças entre os caches L1, L2 e L3 pode ser importante se você deseja obter o melhor desempenho da próxima CPU que comprar.

O que é memória cache da CPU?

A memória cache da CPU é um tipo de armazenamento temporário de dados localizado no processador. Ele é usado para aumentar a eficiência de processamento da CPU, mantendo pequenos bits de dados frequentemente solicitados prontos para serem acessados ​​em alta velocidade. A memória cache é composta por diferentes níveis de armazenamento. Esses níveis são comumente referidos como L1, L2, L3 e, ocasionalmente, L4, e variam em localização, velocidade e tamanho.

Para entender melhor porque a CPU precisa de seu próprio cache de memória, temos que olhar para o desenvolvimento de processadores e RAM. A diferença de velocidade entre o processador e a RAM era mínima nos primeiros computadores. Havia pouca preocupação de que o processamento fosse retardado pela memória. Como a velocidade operacional dos processadores centrais aumentou muito à frente da velocidade da RAM, houve a necessidade de reduzir de alguma forma essa disparidade. A resposta foi a memória cache.

A memória cache é extremamente rápida, geralmente entre 10 e 100 vezes mais rápida que a DRAM e fisicamente próxima dos núcleos do processador. Processadores modernos e rápidos não ficam mais lentos por terem que fazer solicitações de dados de uma memória de sistema relativamente lenta porque, em vez disso, eles podem obter os dados do cache.

A razão pela qual esse tipo de memória, conhecido como SRAM, não é usado apenas no lugar da DRAM em um computador se resume ao seu custo. A quantidade de memória cache em uma CPU é relativamente pequena, medida em kilobytes ou megabytes em vez de gigabytes, e seria proibitivamente caro para fazer nos mesmos tamanhos dos módulos de RAM modernos.

A memória cache não deve ser confundida com outros tipos de cache comumente encontrados em seu computador. Embora “cache” possa se referir a vários tipos de armazenamento de memória temporária usados ​​para aumentar a eficiência do software ou hardware, a memória cache é específica do hardware do processador.

O que é Cache L1?

O cache L1, às vezes chamado de Cache Primário, é o menor e mais rápido nível de memória. Geralmente tem 64 KB de tamanho, mas cada núcleo do processador tem seu próprio cache L1 integrado, portanto, uma CPU quad-core teria um total de 256 KB.

Se você observar os detalhes da memória em uma ferramenta como CPU-Z, notará que o cache L1 é dividido em dois níveis adicionais: L1-I (instrução) e L1-D (dados). O cache de instrução L1 lida com as informações que serão alimentadas ao processador, enquanto o cache de dados armazena as informações a serem gravadas na memória principal.

O cache de nível 1 pode transferir dados tão rápido ou mais rápido que a velocidade operacional máxima da CPU, tornando-o extremamente eficiente. Se o processador não conseguir encontrar os dados necessários em L1, ele os procurará no cache L2 e L3.

O que é Cache L2?

O cache L2 é um cache de memória secundário, também embutido em cada núcleo individual da CPU. Quase sempre tem mais espaço de armazenamento que o L1, mas opera em uma velocidade mais lenta, embora ainda muito mais rápida que a velocidade da RAM.

Alguns processadores de ponta podem ter um total de 32 MB de cache L2, mas 6-12 MB provavelmente é a média. Como mencionado, isso é dividido igualmente entre todos os núcleos, permitindo que cada um acesse seu próprio cache de forma independente.

O que é Cache L3?

Em vez de ser incorporado em cada núcleo da CPU, o cache de nível 3 atua como um pool de armazenamento compartilhado que pode ser acessado por todo o processador. É muito mais lento que o cache L1 e L2, talvez apenas duas vezes mais rápido que a RAM, mas é o maior dos três níveis de memória.

Se a CPU não conseguir encontrar os dados de que precisa na memória cache, ela deve, em vez disso, solicitar os dados da memória do sistema mais lenta. Isso é chamado de falta de cache. A introdução do cache L3 reduziu as chances de falha e, portanto, ajudou a melhorar o desempenho.

Quando desenvolvido pela primeira vez, o cache L3 costumava estar localizado em um chip separado na placa-mãe. As CPUs modernas agora têm quase exclusivamente cache L3 integrado para maior eficiência.

Cache L1 vs. L2 vs. L3: Quais são as diferenças?

As principais diferenças entre os três níveis de memória cache são tamanho, velocidade e localização.

• O cache L1 tem baixa capacidade de armazenamento, mas geralmente é a memória mais rápida em qualquer computador, até 100 vezes mais rápido que a RAM. Cada núcleo do processador possui seu próprio cache L1, geralmente em torno de 64KB.
• O cache L2 pode ser várias vezes maior que o L1, mas é apenas cerca de 25 vezes mais rápido que a RAM. Como o L1, cada núcleo do processador possui seu próprio cache L2. Cada um geralmente tem 256-512 KB, às vezes até 1 MB.
• O cache L3 tem a maior capacidade de armazenamento, geralmente 32 MB ou mais, mas pode ser apenas duas vezes mais rápido que a memória do sistema. O cache L3 é comumente embutido na CPU, mas separado dos núcleos.

A memória cache pode ser excluída?

Existem caches de memória que podem ser excluídos ou limpos, como cache do sistema ou cache do navegador, mas você não pode excluir a memória cache da CPU. Assim como a DRAM, a SRAM é uma memória volátil, o que significa que não retém seu conteúdo a longo prazo. Assim que você desliga o computador, tudo na memória cache é perdido.

Quanta memória cache eu preciso?

Como na maioria dos tipos de memória, quanto mais cache a CPU tiver, melhor. Você não pode atualizar a memória cache, portanto, é importante garantir que o processador escolhido tenha o suficiente para suas necessidades. Dito isso, depende do que você faz com o seu computador e você não deve ficar preso a esse recurso da CPU. Velocidades de clock, número de núcleos e threads e outros fatores podem afetar o desempenho da CPU.

Uma boa linha de base para o cache L1 é de 64 KB por núcleo. Você pode descobrir isso dividindo o valor total pelo número de núcleos na CPU. 256 KB de cache L2 por núcleo é perfeitamente aceitável, mas os jogadores podem querer procurar 512 KB por núcleo. E qualquer coisa entre 32 e 96 MB de cache L3 é adequada para a maioria dos propósitos.

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