Cos’è la cache della CPU e perché è così importante per i giochi?
Il 7800X3D e il 7950X3D di AMD occupano il primo posto tra le CPU per i giochi , non perché abbiano il maggior numero di core o le velocità di clock più elevate, ma perché hanno più cache. Ma cos'è la cache della CPU? Si tratta di una piccola quantità di memoria superveloce e ad accesso rapido integrata nel chip stesso, che aiuta a ottenere i dati necessari per le operazioni a una velocità incredibile.
I rendimenti non sono lineari, però: c'è una ragione per cui il 7950X3D non dispone di cache aggiuntiva su tutti i suoi core. In effetti, ci sono alcuni svantaggi nell'avere molta cache extra con cui lavorare, anche se aiuta a migliorare le prestazioni di gioco. Ecco tutto ciò che devi sapere sulla cache della CPU.
Cos'è la cache della CPU?
La cache è la quantità di memoria presente all'interno della CPU stessa , integrata nei singoli core o condivisa tra alcuni o tutti i core. È un piccolo pezzo di memoria dedicata che risiede direttamente sul processore in modo che la tua CPU non abbia bisogno di recuperare informazioni dalla RAM del tuo sistema ogni volta che vuoi fare qualcosa sul tuo PC. Ogni processore ha una piccola quantità di cache, con le CPU più piccole che ottengono forse solo pochi kilobyte mentre le CPU di grandi dimensioni possono avere molti megabyte di cache.
Ma perché è necessaria la cache se disponiamo già di un veloce storage SSD e di una RAM ancora più veloce ? È tutta una questione di prestazioni. Negli anni '90, la velocità della RAM non teneva il passo con le esigenze della CPU, rappresentando un problema per i progettisti di CPU. La soluzione era aggiungere cache locale ai chip stessi.
Sebbene la cache abbia una capacità limitata rispetto alla RAM, la sua alta velocità compensa questo problema. L'unico svantaggio è che è costoso racchiudere la memoria in un piccolo chip, quindi in genere non viene utilizzato in quantità maggiori. Con 3D V-Cache, tuttavia, AMD ha trovato un modo per farlo funzionare e ora abbiamo chip di gioco con prestazioni più elevate da dimostrare.
Come funziona la cache? L1, L2, L3 spiegati
L'adozione mainstream della cache ha portato a implementazioni più sfumate di cache e RAM fino a quando non siamo arrivati alla gerarchia della memoria, con la cache in alto, la RAM al centro e lo storage in basso. Questo approccio a più livelli consente ai dati critici della CPU di essere fisicamente più vicini al processore, riducendo la latenza e aiutando il tuo PC a essere scattante.
La cache ha una propria gerarchia, o livelli di cache, suddivisi in cache L1, L2 e L3. Questi sono tutti i tipi di cache, ma svolgono funzioni leggermente diverse.
La cache L1 è il primo livello di cache e anche il più piccolo, solitamente suddiviso in istruzioni L1 o L1i e dati L1 o L1d. Ogni core all'interno di una CPU ha la sua porzione esclusiva di cache L1, che di solito è grande solo pochi kilobyte. Il tipo di dati archiviati nella cache L1 è materiale che la CPU ha appena utilizzato o prevede di utilizzare a breve. Se la CPU necessita di dati che non sono nella cache L1, passa al livello successivo: L2.
Come la cache L1, la cache L2 è spesso esclusiva di un singolo core della CPU, ma in alcune CPU è condivisa tra più core. È anche molto, molto più grande; ad esempio, ogni P-core nel Core i9-12900K ha 80 kilobyte di cache L1, oltre a 1,25 megabyte di cache L2, quasi 16 volte di più. Tuttavia, le cache più grandi hanno una latenza più elevata, il che significa che è necessario più tempo affinché la comunicazione tra il core della CPU e la cache avvenga. Quando le CPU vogliono realizzare cose in pochi microsecondi o addirittura nanosecondi, la latenza leggermente più alta della cache L2 è importante. Se una CPU non riesce a trovare i dati richiesti nella cache L2, richiede il livello successivo: L3.
La cache L3 è un grosso problema: è condivisa tra alcuni o tutti i core all'interno di una CPU ed è grande. Il 7950X3D, ad esempio, ha 128 MB di cache L3 con la sua 3D V-Cache imbullonata, mentre ha solo 16 MB di cache L2. La latenza della cache L3 è addirittura peggiore di quella L2, ma avere una cache L3 di grandi dimensioni è davvero importante per evitare che la CPU debba chiedere alla RAM i dati necessari. Fatta eccezione per l'archiviazione, la RAM ha la velocità e la latenza peggiori nella gerarchia della memoria e ogni volta che la CPU ha bisogno di accedere alla RAM per i dati richiesti, le cose possono bloccarsi.
Alcune CPU hanno anche la cache L4, ma di solito funziona come la RAM presente nel pacchetto della CPU. Alcune delle prime CPU Intel da 14 nm basate sull'architettura Broadwell includevano 128 MB di DRAM incorporata e le CPU server Sapphire Rapids dell'azienda possono essere fornite con HBM2, che viene utilizzato come un livello aggiuntivo di cache.
La cache della CPU è importante per i giochi?
La cache della CPU fa una grande differenza per i giochi. Sebbene le prestazioni a thread singolo, le istruzioni per clock (IPC) e la velocità di clock siano tradizionalmente considerate i fattori più importanti nelle prestazioni di gioco, è diventato molto chiaro che la cache è probabilmente il fattore più importante di tutti nella rivalità tra AMD e AMD. Intel .
La cache è così importante per i giochi a causa del modo in cui i giochi sono progettati oggi. I giochi moderni sono molto casuali, il che significa che la CPU deve costantemente eseguire semplici istruzioni. Senza cache sufficiente, la scheda grafica è costretta ad attendere sulla CPU mentre le istruzioni si accumulano e causano un collo di bottiglia . Puoi vedere un esempio di quanta differenza fa la tecnologia 3D V-Cache di AMD nel grafico delle prestazioni della CPU nei giochi qui sotto.
Negli ultimi anni abbiamo assistito a una tendenza verso una maggiore cache per i giochi. AMD ha aumentato la quantità di cache della CPU per anni e ha raddoppiato con la tecnologia 3D V-Cache sul Ryzen 7 5800X3D e sui suoi successori nella generazione Ryzen 7000.
Intel sta cercando di recuperare terreno con AMD e le sue CPU di ultima generazione hanno più cache che mai, aiutandole a rimanere competitive nei giochi. Sembra probabile che le quantità di cache continueranno ad aumentare nei prossimi anni, spingendo ulteriormente i limiti delle prestazioni di gioco.
