Ce este cache-ul L0?

CPU-urile sunt fiare incredibil de complexe. Există multe părți interconectate care trebuie să funcționeze perfect la unison pentru a atinge nivelurile de performanță pe care le vedem. Una dintre caracteristicile cheie ale unui procesor este memoria cache. Nu este o caracteristică strălucitoare. Nu face publicitate la fel de bine ca numărul de nuclee sau frecvența de amplificare de vârf. Totuși, este esențial pentru performanță.

De ce cache?

Procesoarele moderne sunt incredibil de rapide. Ei efectuează peste cinci miliarde de operațiuni în fiecare secundă. Este dificil să păstrați CPU-ul alimentat cu date atunci când funcționează atât de repede. Memoria RAM are suficientă capacitate pentru a furniza procesorului cu date. Poate chiar transfera date în fiecare secundă, datorită lățimii de bandă foarte mari. Nu asta e problema, totuși. Problema este latența.

RAM poate răspunde foarte repede. Problema este că „foarte repede” este o perioadă lungă de timp când faci cinci miliarde de lucruri în fiecare secundă. Chiar și cea mai rapidă memorie RAM are o latență de peste 60 de nanosecunde. Din nou, 60 de nanosecunde sună a nu e deloc timp. Problema este că, dacă procesorul ar rula la 1GHz, ar dura 1ns pentru a finaliza un ciclu. Cu procesoarele de ultimă generație care ating 5,7 GHz, acesta este un ciclu la fiecare 175 de picosecunde. Cum arată acele 60 de nanosecunde de latență acum? Adică 342 de cicluri de latență.

Acest tip de latență ar fi un ucigaș pentru orice performanță a procesorului. Pentru a ocoli asta, se folosește un cache. Cache-ul este plasat pe matrița CPU în sine. Este, de asemenea, mult mai mic decât RAM și folosește o structură diferită, mai degrabă SRAM decât DRAM. Acest lucru face ca răspunsul să fie mult mai rapid decât RAM-ul principal al sistemului. Cache-ul este de obicei pe niveluri, cu L1, L2 și L3 folosite pentru a desemna nivelurile care se îndepărtează din ce în ce mai mult de nucleele CPU. Nivelurile inferioare sunt mai rapide, dar mai mici. L1 poate avea o latență de patru sau cinci cicluri de ceas, mult mai bună decât 342.

Dar unele procesoare menționează un L0?

Terminologia pentru L1, L2 și L3 este destul de standard. Înțelegerea vagă a ceea ce înseamnă și ceea ce fac este relativ comună, chiar și între furnizorii de procesoare. Acest lucru se datorează faptului că sunt guvernați de fizica materialului și electrică; nu prea se poate schimba. Puteți avea un cache rapid sau un cache mare, nu ambele. Trebuie să fie mai mare dacă partajați un cache între mai multe nuclee. În acest scop, L1 și L2 tind să fie specifice de bază. Cache-ul L3 mai mare tinde să fie partajat între unele sau toate nucleele de pe CPU sau chiplet.

După cum probabil puteți ghici, L0 este legat de stocarea în cache, dar a fost introdus în schema de denumire după fapt. Cu toate acestea, nu ajută să înțelegeți ce înseamnă. Probabil că poți ghici unele lucruri, totuși. Va fi limitat la un nucleu, va fi mic și va fi rapid. Celălalt nume pe care îl poartă poate ajuta puțin; asta este cache-ul micro-op.

În loc să memoreze în cache date din memorie sau instrucțiuni complete, L0 memorează în cache micro-opțiunile. După cum am descris recent , un micro-operator este o caracteristică a procesoarelor moderne. Instrucțiunile din x86 și din alte ISA-uri sunt mari, complexe și provocatoare pentru a se potrivi eficient într-o conductă. Le puteți canaliza mult mai eficient dacă le descompuneți în micro-opțiuni constitutive. În unele cazuri, puteți chiar să grupați mai multe micro-opțiuni, chiar și din instrucțiuni diferite, într-un singur micro-op, obținând atât o îmbunătățire a performanței, cât și o reducere a puterii.

Arhitectura CPU ft Micro-Op Cache

Pentru a executa o instrucțiune, un procesor modern o decodifică. Aceasta implică împărțirea instrucțiunii în micro-opțiunile sale constitutive și determinarea locațiilor de memorie care ar trebui să fie referite. Multe programe software utilizează în mod regulat funcționalități similare și pot reutiliza adesea același cod într-o buclă sau dintr-o funcție numită. Aceasta înseamnă că instrucțiunile exacte pot fi apelate din nou și din nou. Aceasta înseamnă că aceleași micro-operații sunt apelate din nou și din nou. Și dacă aceleași micro-opțiuni sunt necesare în mod repetat, acestea pot fi stocate în cache. Memorarea în cache a micro-operațiilor poate reduce sarcina decodorelor de instrucțiuni, reducând consumul de energie sau ajutând la umplerea mai rapidă a conductei.

Cache-ul trebuie să fie păstrat mic, dar atunci când este gestionat cu atenție, poate fi accesat cu o latență unică sau chiar fără ciclu. Acest lucru poate fi suficient pentru a preveni necesitatea de a prelua latența de 4 cicluri pentru cache-ul L1 și nu vine cu nicio penalizare cache-miss.

Concluzie

Cache L0 este un alt nume pentru memoria cache micro-op. Poate fi o parte a procesoarelor moderne care utilizează micro-operații. De obicei, deține câteva mii de intrări și are capacități enumerate mai degrabă în număr de intrări decât în ​​octeți. L0 poate fi accesat mai repede decât L1, de obicei cu o latență de 1 sau 0 ciclu. Memorarea în cache a micro-operațiilor reduce sarcina decodorelor de instrucțiuni, mai ales în codul care folosește bine buclele sau funcțiile.