L0 캐시란 무엇입니까?

CPU는 엄청나게 복잡한 짐승입니다. 우리가 보는 성능 수준을 달성하기 위해 모두 완벽하게 조화롭게 작동해야 하는 상호 연결 부품이 많이 있습니다. CPU의 주요 기능 중 하나는 캐시입니다. 화려한 기능은 아닙니다. 코어 수 또는 최대 부스트 주파수뿐만 아니라 광고하지 않습니다. 그러나 성능에 중요합니다.

왜 캐시인가?

최신 CPU는 엄청나게 빠릅니다. 매초 50억 개 이상의 작업을 수행합니다. 그렇게 빠르게 작동할 때 CPU에 데이터를 계속 공급하는 것은 어렵습니다. RAM은 CPU에 데이터를 공급하기에 충분한 용량을 가지고 있습니다. 매우 높은 대역폭 덕분에 매초마다 데이터를 전송할 수도 있습니다. 하지만 그게 문제가 아닙니다. 문제는 대기 시간입니다.

RAM은 매우 빠르게 응답할 수 있습니다. 문제는 매초 50억 개의 일을 할 때 "아주 빨리"가 긴 시간이라는 것입니다. 가장 빠른 RAM도 대기 시간이 60나노초 이상입니다. 다시 말하지만, 60나노초는 시간이 없는 것처럼 들립니다. 문제는 CPU가 1GHz에서 실행되는 경우 사이클을 완료하는 데 1ns가 걸린다는 것입니다. 하이엔드 CPU가 5.7GHz에 도달하면 175피코초마다 한 주기입니다. 60나노초의 지연 시간은 현재 어떤가요? 이는 342주기의 대기 시간입니다.

이러한 종류의 대기 시간은 모든 CPU 성능에 치명적인 영향을 미칩니다. 이를 해결하기 위해 캐시가 사용됩니다. 캐시는 CPU 다이 자체에 배치됩니다. 또한 RAM보다 훨씬 작고 DRAM이 아닌 SRAM이라는 다른 구조를 사용합니다. 이렇게 하면 메인 시스템 RAM보다 훨씬 빠르게 응답할 수 있습니다. 캐시는 일반적으로 CPU 코어에서 점점 더 멀어지는 계층을 나타내는 데 사용되는 L1, L2 및 L3과 함께 계층화됩니다. 하위 계층은 더 빠르지만 더 작습니다. L1은 342보다 훨씬 나은 4개 또는 5개의 클록 주기의 대기 시간을 가질 수 있습니다.

그러나 일부 CPU는 L0을 언급합니까?

L1, L2 및 L3에 대한 용어는 꽤 표준적입니다. 의미와 기능에 대한 모호한 이해는 CPU 공급업체에서도 비교적 일반적입니다. 이는 재료 및 전기 물리학의 지배를 받기 때문입니다. 많이는 변할 수 없습니다. 빠른 캐시 또는 큰 캐시를 가질 수 있으며 둘 다 가질 수는 없습니다. 여러 코어 간에 캐시를 공유하는 경우 더 커야 합니다. 이를 위해 L1과 L2는 핵심적인 경향이 있습니다. 더 큰 L3 캐시는 CPU 또는 칩렛의 일부 또는 모든 코어 간에 공유되는 경향이 있습니다.

추측할 수 있듯이 L0은 캐싱과 관련이 있지만 나중에 명명 체계에 포함되었습니다. 하지만 그것이 의미하는 바를 이해하는 데 도움이 되지는 않습니다. 하지만 몇 가지를 추측할 수 있습니다. 그것은 하나의 코어로 제한될 것이고, 작을 것이고, 빠를 것입니다. 다른 이름이 도움이 될 수 있습니다. 마이크로 연산 캐시입니다.

메모리 또는 전체 명령에서 데이터를 캐싱하는 대신 L0은 마이크로 작업을 캐싱합니다. 최근에 설명한 것처럼 마이크로 연산은 최신 CPU의 기능입니다. x86 및 기타 ISA의 명령어는 크고 복잡하며 파이프라인에 효율적으로 맞추기가 어렵습니다. 구성 마이크로 작업으로 세분화하면 훨씬 더 효율적으로 파이프라인을 만들 수 있습니다. 경우에 따라 서로 다른 명령의 여러 마이크로 작업을 단일 마이크로 작업으로 그룹화하여 성능 향상과 전력 절감을 모두 달성할 수도 있습니다.

CPU 아키텍처 ft Micro-Op Cache

명령을 실행하기 위해 최신 CPU는 명령을 해독합니다. 여기에는 명령을 구성 마이크로 연산으로 분할하고 참조해야 하는 메모리 위치를 결정하는 작업이 포함됩니다. 많은 소프트웨어는 유사한 기능을 정기적으로 사용하며 종종 루프 또는 호출된 함수에서 동일한 코드를 재사용할 수 있습니다. 이는 정확한 지침을 반복해서 호출할 수 있음을 의미합니다. 이는 동일한 마이크로 작업이 반복해서 호출됨을 의미합니다. 그리고 동일한 마이크로 작업이 반복적으로 필요한 경우 캐시할 수 있습니다. 캐싱 마이크로 작업은 명령 디코더의 부하를 줄여 전력 소모를 줄이거나 파이프라인을 더 빨리 채우는 데 도움이 됩니다.

캐시는 작게 유지해야 하지만 신중하게 관리하면 단일 대기 시간 또는 대기 시간 없이 액세스할 수 있습니다. 이는 L1 캐시에 대한 4주기 대기 시간을 방지하기에 충분할 수 있으며 캐시 미스 페널티가 없습니다.

결론

L0 캐시는 micro-op 캐시의 또 다른 이름입니다. 마이크로 연산을 활용하는 최신 CPU의 일부가 될 수 있습니다. 일반적으로 수천 개의 항목을 보유하고 바이트가 아닌 항목 수로 용량이 나열됩니다. L0은 L1보다 빠르게 액세스할 수 있으며 일반적으로 대기 시간은 1 또는 0입니다. 캐싱 마이크로 연산은 특히 루프나 함수를 잘 활용하는 코드에서 명령어 디코더의 부하를 줄입니다.