แคช L1, L2 และ L3: ความแตกต่างคืออะไร

โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ล้วนใช้ระบบหน่วยความจำแคชหลายระดับที่อนุญาตให้จัดเก็บข้อมูลชั่วคราวบนชิปเพื่อการเข้าถึงที่รวดเร็ว การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างแคช L1, L2 และ L3 อาจมีความสำคัญหากคุณต้องการประสิทธิภาพที่ดีที่สุดจาก CPU รุ่นถัดไปที่คุณซื้อ

CPU Cache Memory คืออะไร?

CPU Cache Memory เป็นที่เก็บข้อมูลชั่วคราวประเภทหนึ่งที่อยู่บนโปรเซสเซอร์ ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลของ CPU โดยเก็บบิตข้อมูลขนาดเล็กที่มีการร้องขอบ่อยครั้งให้พร้อมสำหรับการเข้าถึงด้วยความเร็วสูง หน่วยความจำแคชประกอบด้วยหน่วยเก็บข้อมูลระดับต่างๆ โดยทั่วไปจะเรียกระดับเหล่านี้ว่า L1, L2, L3 และบางครั้ง L4 และแตกต่างกันไปตามตำแหน่ง ความเร็ว และขนาด

เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าเหตุใด CPU จึงต้องการแคชหน่วยความจำของตัวเอง เราต้องดูที่การพัฒนาของโปรเซสเซอร์และ RAM ความแตกต่างของความเร็วระหว่างโปรเซสเซอร์และ RAM มีน้อยมากในคอมพิวเตอร์ยุคแรกๆ มีความกังวลเล็กน้อยว่าการประมวลผลจะช้าลงโดยหน่วยความจำ เนื่องจากความเร็วในการทำงานของโปรเซสเซอร์กลางเพิ่มขึ้นเร็วกว่าความเร็วของ RAM จึงมีความจำเป็นที่จะต้องลดความเหลื่อมล้ำดังกล่าวลง คำตอบคือหน่วยความจำแคช

หน่วยความจำแคชนั้นเร็วมาก โดยมักจะเร็วกว่า DRAM ระหว่าง 10 ถึง 100 เท่า และอยู่ใกล้กับแกนประมวลผล โปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยและรวดเร็วไม่ได้ทำงานช้าลงโดยการร้องขอข้อมูลจากหน่วยความจำระบบที่ค่อนข้างช้า เนื่องจากสามารถรับข้อมูลจากแคชแทนได้

เหตุผลที่หน่วยความจำประเภทนี้เรียกว่า SRAM ไม่ได้ใช้แทน DRAM ในคอมพิวเตอร์เพียงอย่างเดียว จึงมีต้นทุนที่ต่ำลง จำนวนหน่วยความจำแคชบน CPU นั้นค่อนข้างน้อย โดยวัดเป็นกิโลไบต์หรือเมกะไบต์แทนที่จะเป็นกิกะไบต์ และจะมีราคาแพงอย่างห้ามปรามหากสร้างในขนาดเดียวกับโมดูล RAM สมัยใหม่

หน่วยความจำแคชไม่ควรสับสนกับแคชประเภทอื่นที่พบได้ทั่วไปในคอมพิวเตอร์ของคุณ แม้ว่า "แคช" สามารถหมายถึงที่เก็บข้อมูลหน่วยความจำชั่วคราวหลายประเภทที่ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ แต่หน่วยความจำแคชนั้นใช้เฉพาะกับฮาร์ดแวร์โปรเซสเซอร์

L1 แคชคืออะไร?

แคช L1 บางครั้งเรียกว่าแคชหลัก เป็นหน่วยความจำระดับที่เล็กที่สุดและเร็วที่สุด โดยทั่วไปจะมีขนาด 64KB แต่แต่ละคอร์ของโปรเซสเซอร์มีแคช L1 ในตัว ดังนั้น CPU แบบควอดคอร์จะมีทั้งหมด 256 KB

หากคุณดูรายละเอียดหน่วยความจำในเครื่องมือเช่น CPU-Z คุณจะสังเกตเห็นว่าแคช L1 แบ่งออกเป็นสองระดับเพิ่มเติม: L1-I (คำสั่ง) และ L1-D (ข้อมูล) แคช L1 Instruction จัดการข้อมูลที่จะถูกป้อนไปยังโปรเซสเซอร์ ในขณะที่แคชข้อมูลเก็บข้อมูลที่จะเขียนไปยังหน่วยความจำหลัก

แคชระดับ 1 สามารถถ่ายโอนข้อมูลได้เร็วหรือเร็วกว่าความเร็วการทำงานสูงสุดของ CPU ทำให้มีประสิทธิภาพสูงสุด หากโปรเซสเซอร์ไม่พบข้อมูลที่ต้องการใน L1 ก็จะค้นหาในแคช L2 และ L3

แคช L2 คืออะไร?

แคช L2 เป็นแคชหน่วยความจำรอง ซึ่งฝังอยู่ภายในแต่ละคอร์ของ CPU มันมีพื้นที่เก็บข้อมูลมากกว่า L1 เกือบทุกครั้ง แต่มันทำงานด้วยความเร็วที่ช้ากว่า แต่ก็ยังเร็วกว่าความเร็วของ RAM อยู่มาก

โปรเซสเซอร์ระดับไฮเอนด์บางตัวอาจมีแคช L2 รวม 32MB แต่ 6-12MB น่าจะเป็นค่าเฉลี่ย ดังที่ได้กล่าวไว้ สิ่งนี้จะถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างคอร์ทั้งหมด ทำให้แต่ละคอร์สามารถเข้าถึงแคชของตนเองได้อย่างอิสระ

แคช L3 คืออะไร

แคชระดับ 3 แทนที่จะฝังอยู่ภายในแต่ละคอร์ของ CPU ทำหน้าที่เป็นพูลหน่วยเก็บข้อมูลที่ใช้ร่วมกันซึ่งโปรเซสเซอร์ทั้งหมดสามารถเข้าถึงได้ มันช้ากว่าแคช L1 และ L2 มาก อาจเร็วเป็นสองเท่าของ RAM แต่เป็นหน่วยความจำที่ใหญ่ที่สุดในสามระดับ

หาก CPU ไม่พบข้อมูลที่ต้องการในหน่วยความจำแคช จะต้องร้องขอข้อมูลจากหน่วยความจำระบบที่ช้ากว่าแทน สิ่งนี้เรียกว่าการพลาดแคช การเปิดตัวแคช L3 ช่วยลดโอกาสในการพลาดและช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ

เมื่อพัฒนาครั้งแรก แคช L3 มักจะอยู่ในชิปแยกต่างหากบนเมนบอร์ด ปัจจุบัน CPU สมัยใหม่แทบจะมีแคช L3 ออนบอร์ดเพื่อประสิทธิภาพที่มากขึ้น

L1 กับ L2 กับ L3 Cache: อะไรคือความแตกต่าง?

ความแตกต่างหลักระหว่างหน่วยความจำแคชทั้งสามระดับคือ ขนาด ความเร็ว และตำแหน่งที่ตั้ง

• แคช L1 มีความจุต่ำ แต่โดยปกติแล้วจะเป็นหน่วยความจำที่เร็วที่สุดในคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง โดยเร็วกว่า RAM ถึง 100 เท่า คอร์โปรเซสเซอร์แต่ละตัวมีแคช L1 ของตัวเอง โดยปกติจะมีขนาดประมาณ 64KB
• แคช L2 อาจใหญ่กว่า L1 หลายเท่า แต่เร็วกว่า RAM ประมาณ 25 เท่าเท่านั้น เช่นเดียวกับ L1 แต่ละคอร์โปรเซสเซอร์มีแคช L2 ของตัวเอง โดยทั่วไปแต่ละรายการจะมีขนาด 256-512KB บางครั้งอาจสูงถึง 1MB
• แคช L3 มีความจุสูงสุดในการจัดเก็บข้อมูล ซึ่งมักมีขนาดตั้งแต่ 32MB ขึ้นไป แต่อาจเร็วเป็นสองเท่าของหน่วยความจำระบบเท่านั้น โดยทั่วไปแคช L3 จะฝังอยู่ใน CPU แต่แยกออกจากคอร์

สามารถลบหน่วยความจำแคชได้หรือไม่

มีหน่วยความจำแคชที่สามารถลบหรือล้างได้ เช่น แคชของระบบหรือแคชของเบราว์เซอร์ แต่คุณไม่สามารถลบหน่วยความจำแคชของ CPU ได้ เช่นเดียวกับ DRAM SRAM เป็นหน่วยความจำชั่วคราว ซึ่งหมายความว่าจะไม่เก็บเนื้อหาไว้ในระยะยาว ทันทีที่คุณปิดคอมพิวเตอร์ ทุกอย่างในหน่วยความจำแคชจะหายไป

ฉันต้องการหน่วยความจำแคชเท่าใด

เช่นเดียวกับหน่วยความจำส่วนใหญ่ ยิ่ง CPU มีแคชมากเท่าใดก็ยิ่งดีเท่านั้น คุณไม่สามารถอัปเกรดหน่วยความจำแคชได้ ดังนั้นการตรวจสอบให้แน่ใจว่าโปรเซสเซอร์ที่คุณเลือกมีเพียงพอสำหรับความต้องการของคุณจึงเป็นสิ่งสำคัญ ที่กล่าวว่า ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณทำกับคอมพิวเตอร์ของคุณ และคุณไม่ควรหยุดใช้คุณลักษณะ CPU นี้ ความเร็วสัญญาณนาฬิกา จำนวนคอร์และเธรด และปัจจัยอื่นๆ ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพของ CPU

ข้อมูลพื้นฐานที่ดีสำหรับแคช L1 คือ 64KB ต่อคอร์ คุณสามารถคำนวณได้โดยการหารจำนวนทั้งหมดด้วยจำนวนคอร์ใน CPU แคช L2 ขนาด 256KB ต่อคอร์เป็นที่ยอมรับอย่างสมบูรณ์ แต่เกมเมอร์อาจต้องการค้นหา 512KB ต่อคอร์ และอะไรก็ตามที่มีขนาดระหว่าง 32 ถึง 96MB ของแคช L3 นั้นใช้ได้สำหรับวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่

ที่เกี่ยวข้อง: พื้นฐานของ CPU: คอร์ ไฮเปอร์เธรด และซีพียูหลายตัวคืออะไร