Cache L1, L2 e L3: qual è la differenza?

Tutti i moderni processori per computer utilizzano un sistema di memoria cache multilivello che consente di archiviare temporaneamente i dati sul chip per un rapido accesso. Comprendere le differenze tra cache L1, L2 e L3 può essere importante se si desidera ottenere le migliori prestazioni dalla prossima CPU che si acquista.

Cos'è la memoria cache della CPU?

La memoria cache della CPU è un tipo di archiviazione temporanea dei dati situata sul processore. Viene utilizzato per aumentare l'efficienza di elaborazione della CPU mantenendo piccoli bit di dati spesso richiesti pronti per l'accesso ad alta velocità. La memoria cache è composta da diversi livelli di archiviazione. Questi livelli sono comunemente indicati come L1, L2, L3 e occasionalmente L4 e variano per posizione, velocità e dimensioni.

Per capire meglio perché la CPU ha bisogno della propria cache di memoria, dobbiamo guardare allo sviluppo di processori e RAM. La differenza di velocità tra il processore e la RAM era minima nei primi computer. C'era poca preoccupazione che l'elaborazione sarebbe stata rallentata dalla memoria. Poiché la velocità operativa dei processori centrali aumentava molto prima della velocità della RAM, era necessario ridurre in qualche modo tale disparità. La risposta è stata la memoria cache.

La memoria cache è sia estremamente veloce, spesso tra 10 e 100 volte più veloce della DRAM, sia fisicamente vicina ai core del processore. I processori moderni e veloci non sono rallentati dalla necessità di effettuare richieste di dati da una memoria di sistema relativamente lenta perché possono invece ottenere i dati dalla cache.

Il motivo per cui questo tipo di memoria, noto come SRAM, non viene utilizzato solo al posto della DRAM in un computer dipende dal suo costo. La quantità di memoria cache su una CPU è relativamente piccola, misurata in kilobyte o megabyte anziché in gigabyte, e sarebbe proibitivamente costosa da realizzare con le stesse dimensioni dei moderni moduli RAM.

La memoria cache non deve essere confusa con altri tipi di cache che si trovano comunemente nel tuo computer. Sebbene "cache" possa riferirsi a diversi tipi di memoria temporanea utilizzata per aumentare l'efficienza del software o dell'hardware, la memoria cache è specifica dell'hardware del processore.

Cos'è la cache L1?

La cache L1, a volte chiamata cache primaria, è il livello di memoria più piccolo e veloce. Di solito ha una dimensione di 64 KB, ma ogni core del processore ha la propria cache L1 integrata, quindi una CPU quad-core avrebbe un totale di 256 KB.

Se osservi i dettagli della memoria in uno strumento come CPU-Z, noterai che la cache L1 è suddivisa in due ulteriori livelli: L1-I (istruzione) e L1-D (dati). La cache delle istruzioni L1 gestisce le informazioni che verranno inviate al processore, mentre la cache dei dati contiene le informazioni da scrivere nella memoria principale.

La cache di livello 1 può trasferire i dati più velocemente o più velocemente della massima velocità operativa della CPU, rendendola estremamente efficiente. Se il processore non riesce a trovare i dati richiesti in L1, li cerca nella cache L2 e L3.

Cos'è la cache L2?

La cache L2 è una cache di memoria secondaria, anch'essa incorporata in ogni singolo core della CPU. Ha quasi sempre più spazio di archiviazione di L1, ma funziona a una velocità inferiore, anche se ancora molto più veloce della velocità della RAM.

Alcuni processori di fascia alta potrebbero avere un totale di 32 MB di cache L2, ma 6-12 MB è probabilmente la media. Come accennato, questo è diviso equamente tra tutti i core, consentendo a ciascuno di accedere alla propria cache in modo indipendente.

Cos'è la cache L3?

Anziché essere incorporata all'interno di ciascun core della CPU, la cache di livello 3 funge da pool di archiviazione condiviso a cui può accedere l'intero processore. È molto più lento della cache L1 e L2, forse solo due volte più veloce della RAM, ma è il più grande di tutti e tre i livelli di memoria.

Se la CPU non riesce a trovare i dati di cui ha bisogno nella memoria cache, deve invece richiedere i dati dalla memoria di sistema più lenta. Questo è chiamato cache miss. L'introduzione della cache L3 ha ridotto le possibilità di errore e quindi ha contribuito a migliorare le prestazioni.

Quando è stata sviluppata per la prima volta, la cache L3 si trovava spesso in un chip separato sulla scheda madre. Le moderne CPU ora hanno quasi esclusivamente cache L3 integrata per una maggiore efficienza.

Cache L1 vs. L2 vs. L3: quali sono le differenze?

Le principali differenze tra i tre livelli di memoria cache sono le dimensioni, la velocità e la posizione in cui si trovano.

• La cache L1 ha una capacità di archiviazione ridotta, ma di solito è la memoria più veloce di qualsiasi computer, fino a 100 volte più veloce della RAM. Ogni core del processore ha la propria cache L1, in genere di circa 64 KB.
• La cache L2 può essere molte volte più grande di L1, ma è solo circa 25 volte più veloce della RAM. Come L1, ogni core del processore ha la propria cache L2. Ciascuno è comunemente 256-512 KB, a volte fino a 1 MB.
• La cache L3 ha la maggiore capacità di archiviazione, spesso 32 MB o più, ma potrebbe essere solo due volte più veloce della memoria di sistema. La cache L3 è comunemente incorporata nella CPU, ma separata dai core.

La memoria cache può essere eliminata?

Esistono cache di memoria che possono essere eliminate o cancellate, come la cache di sistema o la cache del browser, ma non è possibile eliminare la memoria cache della CPU. Proprio come la DRAM, la SRAM è una memoria volatile, il che significa che non conserva il suo contenuto a lungo termine. Non appena si spegne il computer, tutto nella memoria cache viene perso.

Di quanta memoria cache ho bisogno?

Come con la maggior parte dei tipi di memoria, più cache ha una CPU, meglio è. Non è possibile aggiornare la memoria cache, quindi è importante assicurarsi che il processore scelto ne abbia abbastanza per le proprie esigenze. Detto questo, dipende da cosa fai con il tuo computer e non dovresti rimanere bloccato su questa caratteristica della CPU. Velocità di clock, numero di core e thread e altri fattori possono influire sulle prestazioni della CPU.

Una buona linea di base per la cache L1 è di 64 KB per core. Puoi capirlo dividendo la quantità totale per il numero di core nella CPU. 256 KB di cache L2 per core sono perfettamente accettabili, ma i giocatori potrebbero voler cercare 512 KB per core. E qualsiasi cosa tra 32 e 96 MB di cache L3 va bene per la maggior parte degli scopi.

CORRELATO: Nozioni di base sulla CPU: cosa sono i core, l'hyper-threading e le CPU multiple?