Was ist L3-Cache?

Level-3- oder L3-Cache ist ein spezialisierter Speicher, der Hand in Hand mit dem L1- und L2-Cache arbeitet, um die Computerleistung zu verbessern. L1-, L2- und L3-Cache sind Computer-Prozessor-(CPU)-Caches, im Gegensatz zu anderen Arten von Caches im System, wie z. B. Festplatten-Cache. Der CPU-Cache erfüllt die Anforderungen des Mikroprozessors, indem er Datenanforderungen vorwegnimmt, so dass Verarbeitungsanweisungen ohne Verzögerung bereitgestellt werden. Der CPU-Cache ist schneller als Arbeitsspeicher (RAM) und wurde entwickelt, um Leistungsengpässe zu vermeiden.

Wenn eine Anforderung an das System gestellt wird, benötigt die CPU Anweisungen zum Ausführen dieser Anforderung. Die CPU arbeitet um ein Vielfaches schneller als der System-RAM. Um Verzögerungen zu vermeiden, hält der L1-Cache Datenbits bereit, von denen er erwartet, dass sie benötigt werden. Der L1-Cache ist sehr klein, wodurch er sehr schnell ist. Wenn die Anweisungen nicht im L1-Cache vorhanden sind, überprüft die CPU L2, einen etwas größeren Cache-Pool mit etwas längerer Latenz. Bei jedem Cache-Miss wird zur nächsten Cache-Ebene geschaut. L3-Cache kann viel größer sein als L1 und L2, und obwohl er auch langsamer ist, ist er immer noch viel schneller als das Abrufen aus dem RAM.

Unter der Annahme, dass die benötigten Anweisungen im L3-Cache gefunden werden (ein Cache-Treffer), könnten Datenbits aus dem L1-Cache entfernt werden, um die neuen Anweisungen zu speichern, falls sie wieder benötigt werden. Der L3-Cache kann dann diese Befehlszeile entfernen, da er sich nun in einem anderen Cache befindet (als exklusiver Cache bezeichnet) oder er kann an einer Kopie hängen (als inklusiver Cache bezeichnet), abhängig vom Design der CPU.

Zum Beispiel hat AMD® im November 2008 seinen Quad-Core-Shanghai-Chip veröffentlicht. Jeder Kern hat seine eigenen L1- und L2-Caches, aber die Kerne teilen sich einen gemeinsamen L3-Cache. L3 behält Kopien der angeforderten Elemente für den Fall, dass ein anderer Kern eine nachfolgende Anforderung stellt.

Die Architektur für Multi-Level-Cache entwickelt sich weiter. Früher befand sich der L1-Cache außerhalb der CPU, in das Motherboard integriert, aber jetzt sind sowohl L1- als auch L2-Cache allgemein in den CPU-Die integriert. Der L3-Cache ist normalerweise in das Motherboard integriert, aber einige CPU-Modelle enthalten bereits L3-Cache. Der Vorteil des integrierten Caches besteht darin, dass er schneller, effizienter und kostengünstiger ist, als einen separaten Cache auf dem Motherboard zu platzieren.
Das Abrufen von Anweisungen aus dem Cache ist schneller als das Aufrufen des System-RAM, und ein gutes Cache-Design verbessert die Systemleistung erheblich. Cache-Design und -Strategie werden auf verschiedenen Motherboards und CPUs unterschiedlich sein, aber wenn alles andere gleich ist, ist mehr Cache besser.