Cubiq.ru
Что такое кэш процессора и почему он так важен для игр?

Что такое кэш процессора и почему он так важен для игр?

Учитывая, что в последнее время такие гибридные модели, как Ryzen 7 5800X3D, завоевывают звание лучших игровых процессоров, вы, вероятно, задаетесь вопросом, что такое кэш-память процессора и почему это так важно. Мы уже знаем, что будущие модели серии AMD Ryzen 7000 и процессоры Intel Raptor Lake 13-го поколения будут ориентированы на больший объем кэш-памяти, и рассчитываем, что это станет критически важным аспектом производительности.

Но стоит ли вам заботиться об этой непонятной характеристике уже сейчас? В этой статье мы собираемся разобраться, что такое кэш процессора, почему он так важен и насколько сильно он влияет на работоспособность видеоигр.

Что такое кэш процессора?

Что такое кэш процессора?

Кэш — это объем памяти, который находится внутри самого центрального процессора (ЦП), однако он также может быть интегрирован в отдельные ядра, либо разделен между некоторыми или всеми ядрами. Это небольшая часть выделенной памяти, которая находится непосредственно в этом маленьком устройстве, поэтому вашему процессору не нужно извлекать информацию из оперативной памяти вашей системы каждый раз, когда вы пользуетесь ПК.

Каждый процессор имеет небольшой объем кэш-памяти, при этом самые маленькие устройства этой категории насчитывают, возможно, всего несколько килобайт, в то время как большие мощные агрегаты могут иметь многомегабайтный запас кэш-памяти.

Но у вас может возникнуть резонный вопрос: зачем вообще нужен кэш, когда у нас есть оперативная память, особенно когда всего одна планка может добавить вашему ПК несколько дополнительных гигабайт?

Все дело в производительности. В 1990-х стали очевидны темпы улучшения показателей работы процессоров и оперативной памяти. В конце концов, разработчики ЦП были сосредоточены на увеличении скорости, а создатели оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) хотели увеличить их емкость и пренебрегали скоростью. Для разработчиков центральных процессоров это стало проблемой, потому что скорость ОЗУ является решающим фактором производительности ЦП для многих приложений, и чем больше становится разрыв между этими двумя показателями, тем сложнее повысить общую производительность системы.

производительность

Кэш стал решением. Хотя объем кэш-памяти невелик по сравнению с оперативной памятью, его высокая скорость способна компенсировать этот разрыв в большинстве случаев.

Однако эта технология тоже не идеальна. Ее главная слабость — размер. С точки зрения габаритов он занимает слишком много места, относительно того, какие объем способен хранить. Кэш также устойчив к уменьшению узлов, поэтому, хотя ядра и другие компоненты ЦП могут довольно легко уменьшаться от одного поколения к другому, габариты кэша снижаются в очень медленном темпе.

Это делает его очень дорогим компонентом ЦП, что является одной из основных причин, по которой кэш обычно имеет такой небольшой объем памяти.

Как работает кэш?

Массовое внедрение кэша приводило к его более хрупким взаимодействиям с оперативной памятью, пока мы не пришли к иерархии памяти, с кэшем наверху, ОЗУ посередине и хранилищем внизу. Этот многоуровневый подход позволил физически размещать важные данные для ближе к самому ЦП, уменьшая задержку и помогая вашему ПК работать быстрее.

Как работает кэш?

Кэш имеет свою собственную иерархию или уровни, которые разделены на кэш L1, L2 и L3. Это все виды кэша, но они выполняют немного разные функции.

  • Кэш L1 — это первый уровень, а также самый маленький, обычно разделенный на инструкции L1 или L1i и данные L1 или L1d. Каждое ядро ​​ЦП имеет свой эксклюзивный фрагмент кэш-памяти L1, размер которого обычно составляет всего несколько килобайт. Тип данных, хранящихся в L1, — это то, что только что использовал процессор или собирается использовать в ближайшее время. Если ему нужны данные, которых нет в кэше L1, он переходит на следующий уровень: L2.
  • Как и в случае с L1, кэш-память L2 часто предназначена только для одного ядра ЦП, но в некоторых процессорах она распределяется между несколькими ядрами, а это уже совсем другое дело. Например, каждое P-ядро в Core i9-12900K имеет 80 килобайт кэш-памяти L1, а также 1,25 мегабайта L2, что почти в 16 раз больше. Однако большой кэш приводит к более высокой задержке, а это означает, что для связи между ядром ЦП и кэшем требуется больше времени. Когда процессоры захотят выполнять задачи за микросекунды или даже наносекунды, немного более высокая задержка памяти в L2 сыграет свою роль. Если ЦП не может найти запрошенные данные в L2, он запрашивает их в следующем уровне — L3.
  • Кэш L3 имеет большое значение: он распределяется между некоторыми или всеми ядрами ЦП, и он довольно объемный. Например, 12900K имеет 30 МБ кэш-памяти L3, что в 24 раза превышает объем L2. Задержка памяти в L3 даже хуже, чем в случае с L2, но его количество действительно важно, чтобы процессору не приходилось запрашивать необходимые данные в ОЗУ. За исключением хранилища, ОЗУ имеет наихудшую скорость и задержку в иерархии памяти, и всякий раз, когда ЦП требуется доступ к ОЗУ для необходимых данных, процесс останавливается. В идеале все важное должно храниться как минимум в кэше L3, чтобы предотвратить серьезные зависания.

Некоторые ЦП даже имеют кэш-память L4, но обычно она работает как ОЗУ, находящееся внутри процессора. Некоторые из первых 14-нм моделей Intel, основанных на архитектуре Broadwell, включали 128 МБ встроенной DRAM, а будущие рабочие серверные устройства Sapphire Rapids, предназначенные для компаний, могут поставляться с HBM2, который используется как дополнительный уровень кэш-памяти.

Насколько важен кэш процессора для видеоигр?

Насколько важен кэш процессора для видеоигр?

Кэш ЦП имеет большое значение для игр. Хотя однопоточная производительность, количество инструкций за цикл (IPC) и тактовая частота традиционно считаются исключительно важными факторами игровой производительности, стало совершенно ясно, что кэш, вероятно, является наиболее весомым аргументом в соперничестве между AMD и Intel.

Роль кэша в игровой производительности становится решающей из-за того, как устроена видеоигровая разработка сегодня. В современных играх важен элемент случайности, а это значит, что центральному процессору постоянно нужно выполнять простые инструкции. Без достаточного количества кэш-памяти ваша видеокарта вынуждена будет ждать пока ваш процессор выполнит все функции, поскольку инструкции накапливаются и забивают общий поток задач. Ниже вы можете увидеть пример того, насколько велика разница в частоте кадров с технологией AMD 3D V-Cache в Far Cry 6 и без нее.

AMD 3D V-Cache в Far Cry 6

В последние годы мы наблюдаем тенденцию к увеличению объема кэша для видеоигр. Процессоры AMD Ryzen 3000 имели в два раза больше кэш-памяти L3, чем предыдущее поколение, и работали намного быстрее в играх, почти догоняя Intel. Когда Ryzen 5000 был выпущен, AMD не добавила больше кэш-памяти, но объединила два блока L3 внутри ЦП, что значительно уменьшило задержку и вывело AMD в лидеры по производительности в играх. AMD удвоила свою технологию 3D V-Cache на Ryzen 7 5800X3D, согласно которой 64-мегабайтная микросхема кэш-памяти L3 размещается поверх ЦП, что в сумме составляет 96 МБ, что больше, чем даже у флагмана Ryzen 9 5950X.

Intel догоняет AMD, и ее процессоры Alder Lake текущего поколения имеют до 30 МБ кэш-памяти L3, что значительно меньше, чем у большинства моделей Ryzen, но они также имеют намного больше кэш-памяти L1 и L2. Однако недостаток емкости L3 у Intel не означает, что Ryzen 5000 намного лучше подойдут для игр. Многие обзоры Core i9-12900K доказывают, что 12900K не уступает Ryzen 9 5950X в плане производительности.

Гонка за кэшем почти наверняка продолжится с появлением грядущих процессоров Ryzen 7000 и Raptor Lake. Подтверждено, что у Ryzen 7000 в два раза больше кэш-памяти L2, чем у Ryzen 5000, и мы, вероятно, увидим больше устройств, использующих V-Cache. Между тем, у Intel нет собственного аналога V-Cache, но, по слухам, у Raptor Lake будет намного больше кэш-памяти L3, чем у Alder Lake, только в самом процессоре.

По материалам digitaltrends.com

Подписаться
Уведомить о
guest
0 Комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Destroyer: The U-Boat Hunter
MSI Vigor GK71 Sonic
HIPER HG-Z5-1460 ZET
В центре внимания