L1、L2、L3 キャッシュ: 違いは何ですか?

最新のコンピュータ プロセッサはすべて、データをチップ上に一時的に保存して迅速にアクセスできるようにするマルチレベル キャッシュ メモリ システムを使用しています。 次に購入する CPU で最高のパフォーマンスを実現したい場合は、L1、L2、L3 キャッシュの違いを理解することが重要です。

CPUキャッシュメモリとは何ですか?

CPU キャッシュ メモリは、プロセッサ上にある一時データ ストレージの一種です。 これは、頻繁に要求される小さなデータビットを高速でアクセスできる状態に保持することにより、CPU の処理効率を高めるために使用されます。 キャッシュ メモリは、さまざまなレベルのストレージで構成されます。 これらのレベルは一般に L1、L2、L3、場合によっては L4 と呼ばれ、場所、速度、サイズが異なります。

CPU に独自のメモリ キャッシュが必要な理由をより深く理解するには、プロセッサと RAM の開発に目を向ける必要があります。 初期のコンピューターでは、プロセッサーと RAM の速度の差は最小限でした。 メモリのせいで処理が遅くなる心配はほとんどありませんでした。 中央プロセッサの動作速度が RAM の速度を大幅に上回ったため、その差を何とかして減らす必要がありました。 答えはキャッシュメモリでした。

キャッシュ メモリは非常に高速であり、多くの場合 DRAM の 10 ～ 100 倍高速であり、物理的にプロセッサ コアに近いです。 最新の高速プロセッサは、代わりにキャッシュからデータを取得できるため、比較的低速なシステム メモリからデータを要求する必要があっても速度が低下することはありません。

SRAM として知られるこのタイプのメモリが、コンピュータの DRAM の代わりに使用されない理由は、そのコストにあります。 CPU 上のキャッシュ メモリの量は比較的小さく、ギガバイトではなくキロバイトまたはメガバイトで測定されるため、最新の RAM モジュールと同じサイズで製造すると法外に高価になります。

キャッシュ メモリを、コンピュータで一般的に見られる他の種類のキャッシュと混同しないでください。 「キャッシュ」とは、ソフトウェアまたはハードウェアの効率を高めるために使用されるいくつかのタイプの一時メモリ ストレージを指しますが、キャッシュ メモリはプロセッサ ハードウェアに固有のものです。

L1キャッシュとは何ですか?

L1 キャッシュはプライマリ キャッシュとも呼ばれ、最小かつ最速のメモリ レベルです。 サイズは通常 64 KB ですが、プロセッサの各コアには独自の L1 キャッシュが組み込まれているため、クアッドコア CPU の場合、合計 256 KB になります。

CPU-Z などのツールでメモリの詳細を見ると、L1 キャッシュがさらに 2 つのレベル、L1-I (命令) と L1-D (データ) に分割されていることがわかります。 L1 命令キャッシュはプロセッサに供給される情報を処理し、データ キャッシュはメイン メモリに書き込まれる情報を保持します。

レベル 1 キャッシュは、CPU の最大動作速度と同等以上の速度でデータを転送できるため、非常に効率的です。 プロセッサが L1 で必要なデータを見つけられなかった場合、L2 および L3 キャッシュでそのデータを探します。

L2キャッシュとは何ですか?

L2 キャッシュは二次メモリ キャッシュであり、CPU の個々のコア内にも組み込まれています。 ほとんどの場合、L1 よりも多くのストレージ容量がありますが、RAM 速度よりもはるかに速いとはいえ、動作速度は遅くなります。

一部のハイエンド プロセッサには合計 32 MB の L2 キャッシュが搭載されている場合がありますが、おそらく 6 ～ 12 MB が平均です。 前述したように、これはすべてのコア間で均等に分割され、各コアが独自のキャッシュに独立してアクセスできるようになります。

L3キャッシュとは何ですか?

レベル 3 キャッシュは、各 CPU コア内に組み込まれるのではなく、プロセッサ全体がアクセスできる共有ストレージ プールとして機能します。 これは、L1 および L2 キャッシュよりもはるかに遅く、おそらく RAM の 2 倍しか高速ではありませんが、3 つのメモリ レベルすべての中で最大です。

CPU がキャッシュ メモリ内で必要なデータを見つけられなかった場合、代わりに低速なシステム メモリからデータを要求する必要があります。 これをキャッシュミスといいます。 L3 キャッシュの導入によりミスの可能性が減り、パフォーマンスの向上につながりました。

最初に開発されたとき、L3 キャッシュはマザーボード上の別のチップに配置されることがよくありました。 最近の CPU は、効率を高めるためにほぼ独占的に L3 キャッシュをオンボードに搭載しています。

L1 キャッシュ、L2 キャッシュ、L3 キャッシュ: 違いは何ですか?

キャッシュ メモリの 3 つのレベルの主な違いは、サイズ、速度、およびキャッシュ メモリの配置場所です。

• L1 キャッシュのストレージ容量は小さいですが、通常はどのコンピュータでも最速のメモリであり、RAM よりも最大 100 倍高速です。 各プロセッサ コアには、通常は約 64KB の独自の L1 キャッシュがあります。
• L2 キャッシュはL1 キャッシュよりも数倍大きい場合がありますが、速度は RAM の約 25 倍に過ぎません。 L1 と同様に、各プロセッサ コアには独自の L2 キャッシュがあります。 それぞれのサイズは通常 256 ～ 512KB で、場合によっては 1MB に達することもあります。
• L3 キャッシュは最大のストレージ容量を持ち、多くの場合 32 MB 以上ですが、速度がシステム メモリの 2 倍しかない場合があります。 L3 キャッシュは通常 CPU に組み込まれていますが、コアとは別のものです。

キャッシュメモリは削除できるのでしょうか？

システム キャッシュやブラウザ キャッシュなど、削除またはクリアできるメモリ キャッシュはありますが、CPU キャッシュ メモリは削除できません。 DRAM と同様に、SRAM は揮発性メモリです。つまり、その内容は長期間保持されません。 コンピュータの電源を切るとすぐに、キャッシュ メモリ内のすべてが失われます。

どれくらいのキャッシュメモリが必要ですか?

ほとんどの種類のメモリと同様、CPU のキャッシュが多いほど優れています。 キャッシュ メモリはアップグレードできないため、選択したプロセッサがニーズを満たすのに十分な容量を備えていることを確認することが重要です。 とはいえ、それはコンピューターで何をするかによって異なります。この 1 つの CPU 機能にこだわるべきではありません。 クロック速度、コアとスレッドの数、その他の要素はすべて CPU のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

L1 キャッシュの適切なベースラインは、コアあたり 64KB です。 これは、合計量を CPU のコア数で割ることで計算できます。 コアあたり 256 KB の L2 キャッシュはまったく問題ありませんが、ゲーマーはコアあたり 512 KB を探したいかもしれません。 また、L3 キャッシュは 32 ～ 96 MB の間であれば、ほとんどの用途に適しています。

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