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什么是CPU高速缓存？ - 基础

对延迟敏感的操作（例如现代计算中的 CPU 操作）需要快速内存才能真正被认为是快速的。 虽然时钟速度对于 CPU 执行请求操作的速度起着重要作用，但 CPU 缓存的作用更大。

CPU缓存由静态随机存取存储器组成，用于存储频繁请求的数据或认为必要的部分数据，以便可以更快地访问和打开。 被认为重要的数据位基于许多分析代码的算法。

一个很好的例子就是您最喜欢的浏览器。 在一个会话期间打开它几次将会加快加载时间。 然而，根据许多因素，您的浏览器或视频游戏的数据将存储在不同的缓存层/级别中。

缓存的开发是因为需要更快的内存访问，因为与内存速度相比，CPU 时钟速度在 20 世纪 80 年代开始飞速增长。 SRAM 用于高速缓存，因为它更快、更小，并且在物理上更靠近 CPU（通常位于芯片上）。 与主内存或动态 RAM 相比，它速度更快且更靠近 CPU，这意味着延迟要少得多。

延迟是计算中的一个大问题，其中距离、速度和其他因素决定了操作的执行速度。 为了减少延迟并提高性能，创建了不同级别的缓存，大多数处理器具有 1 级和 2 级以及更大的 3 级（也称为 L1、L2 和 L3）。

CPU 缓存级别 – 数据的层次结构

当第一个高速缓存在 20 世纪 70 年代末和 80 年代初发明并实现时，大多数处理器都具有 L1 高速缓存。 即使在今天，这些缓存层也只有几千字节大，并且分为两个独立的部分：L1D 用于数据，L1I 用于指令。

L1 缓存存在于所有处理器上，是最重要的操作缓存，为需要最低延迟的数据保留。 它的块数比 L2 少，因此速度最快。 通常，每个 CPU 核心都有自己的 L1 缓存。 在内核之间共享 L1 是不可取的，并且可能会产生延迟问题。

当CPU在L1中找到必要的数据时，就被认为是缓存命中。 但是，当它找不到数据时，称为缓存未命中，然后它必须在其他地方（在本例中为下一层缓存）查找数据。 对于大多数处理器来说，L2 是下一层。

二级缓存有时在两个内核之间共享，但在桌面处理器上，每个内核通常都有自己的二级缓存。 L2 比 L1 大，总大小为几兆字节。 L2 不与 L1 共享数据，因为这会让事情变得更糟。 如果在 L2 中找不到数据，处理器将向下移动到 L3。

L3 通常是处理器上最大的缓存，就像其他缓存一样，它位于芯片上。 然而，这一层缓存通常在核心之间共享，因为它非常大。 例如，AMD Zen 2 处理器的 L3 组合为 64 MB，每 6-8 个核心 32 个，具体取决于核心数量。 L3 用于较大的数据块，例如视频游戏。

有些处理器有 L4，但数量不多。 DRAM有时用于L4，即系统内存，集成显卡就是这种情况。 集成显卡速度慢的原因之一是CPU和DRAM速度之间的物理距离。

CPU 缓存和超频 – 这重要吗？

一些超频玩家会修改 CPU 缓存比率和 CPU 缓存电压，基本上是对缓存进行超频。 这样做的问题是缓存超频并没有多大作用，反而会提高温度并可能导致更多的不稳定。 较高的温度需要更好的冷却。

除非要争夺世界纪录，否则不建议对缓存进行超频。 极端超频往往不稳定且不可持续，这可能会导致崩溃，在边缘情况下，还会因位翻转和写入错误而导致数据丢失。 任何专业甚至游戏设备都会遭受超频不稳定的困扰。

结论和总结——缓存数据

高速缓存基本上是非常快的内存，处理器用它来查找必要的数据或数据块。 缓存分为几层，最常见的是 L1、L2 和 L3，缓存用于更快地查找数据，最重要的数据位于第一层，较大且不太重要的数据位于下一层。

缓存命中是指处理器找到所需的数据，而缓存未命中则将搜索移至下一层，直到命中或到达系统内存。 高速缓存通常位于芯片上，非常靠近 CPU 内核，但 L4 除外，它可以位于芯片外，并且是系统内存，特别是在现代桌面 CPU 上。

最后，不建议缓存超频，除非超频者是专家并且想要打破记录或迎接稳定性测试的挑战。