რა არის ქეში?

მიუხედავად იმისა, რომ ქეშზე ისე არ არის საუბარი, როგორც ბირთვებზე, ოპერატიული მეხსიერება (შემთხვევითი წვდომის მეხსიერება), ან VRAM, ალბათ ადრეც გსმენიათ ამის შესახებ, განსაკუთრებით ბოლო დროს. AMD ამაყად რეკლამირებს სათამაშო შესრულებას Ryzen CPU-ები 3D V-Cache-ით ქეშის გამოყენების შედეგად და Intel-ის ერთ-ერთი ყველაზე დიდი გაუმჯობესება მე-13 თაობის Raptor Lake CPU-ებით იყო მეტი ქეშის დამატება.

მაგრამ როგორ შეიძლება ქეშმა გააუმჯობესოს შესრულება, როდესაც ის ზომავს მეგაბაიტებს? ყველაზე იაფფასიან ოპერატიული მეხსიერების კომპლექტებსაც კი ახლავს 16 GB, ასე რომ, როგორ შეიძლება რამდენიმე მეგაბაიტის დამატებით ქეშის დამატებამ ასეთი დიდი განსხვავება გამოიწვიოს შესრულებაში? ისე, ქეში არ არის თქვენი ნორმალური ტიპის მეხსიერება.

ქეში: მაღალსიჩქარიანი მეხსიერების მცირე რაოდენობა

ქეში რეალურად საკმაოდ უახლესი განვითარებაა პროცესორებში, რომელიც 1990-იანი წლებით თარიღდება და ის გამოიგონეს RAM-ის გამო. ოპერატიული მეხსიერება არის ძირითადი კომპონენტი კომპიუტერებში, რომელიც ინახავს ინფორმაციის მნიშვნელოვან რაოდენობას, რომელიც პროცესორებს (როგორიცაა CPU და GPU) საკმაოდ ხშირად სჭირდებათ. დიდი ხნის განმავლობაში, ოპერატიული მეხსიერების გაუმჯობესებები აგრძელებდა პროცესორის მუშაობის გაუმჯობესებას, მაგრამ 1990-იან წლებში ის გახდა აშკარაა, რომ ოპერატიული მეხსიერება ვერ შეძლებს უახლეს პროცესორებს. RAM-ს ბევრი ტევადობა ჰქონდა, მაგრამ გადაცემის სიჩქარეც იყო ნელი.

აი, სად შემოდის ქეში. ის არც ფიზიკურად და არც ტევადობით არ არის ისეთივე დიდი, როგორც ოპერატიული მეხსიერება, მაგრამ ის თავად პროცესორშია და შეუძლია მონაცემთა გადაცემა ძალიან სწრაფად და ძალიან დაბალი შეყოვნებით. სანამ ქეში ინახავს პროცესორს რეალურად საჭირო მონაცემებს, მას შეუძლია დაზოგოს დრო, რადგან იგივე მონაცემების RAM მოთხოვნა ბევრჯერ ნელია. ეს იყო შესანიშნავი გადაწყვეტა RAM-ის პრობლემის გადასაჭრელად და საშუალებას აძლევდა CPU-ს დიზაინერებს განაგრძონ უფრო სწრაფი CPU-ების დამზადება და RAM-ის დიზაინერებმა გააგრძელონ RAM-ის უფრო დიდი ტევადობის დამზადება ისე, რომ არ ინერვიულონ შესრულება. დღეს ქეში თითქმის ყველა სახის პროცესორშია.

თქვენ შეიძლება გაინტერესებთ, რატომ არის ქეში ასეთი პატარა. ისე, ეს ძირითადად დაკავშირებულია სივრცესთან და ფულთან. 32 მბ ქეშისაც კი შეუძლია საკმაოდ დიდი ადგილი დაიკავოს პროცესორზე, ხოლო თანამედროვე ჩიპები შემოიფარგლება დაახლოებით 600 მმ2-ით მთლიანი ფართობით, რაც გონივრულად უნდა იქნას გამოყენებული. ეს ნიშნავს, რომ ქეშისთვის მეტი ტერიტორიის გამოყოფა შეიძლება საკმაოდ ძვირი დაჯდეს და ეს სიტუაცია რეალურად უარესდება და არა უკეთესი. წარმოების უახლესი პროცესები იწვევს ქეშის სიმკვრივის უფრო მცირე და მცირე გაუმჯობესებას და TSMC-მ საერთოდ ვერ შეამცირა ქეშის ზომა მისი 3 ნმ პროცესის პირველ გამეორებაში.

ქეშის დონეები და მეხსიერების იერარქია

ქეშის გამოგონება ნიშნავდა, რომ კომპიუტერში არსებული ყველა მონაცემთა შესანახი მოწყობილობის ახალი ფენა იყო. ეს ფენები ქმნიან მეხსიერების იერარქიას, რომელსაც ხედავთ ზემოთ მოცემულ სურათზე და დეტალებს სად მიდის მეხსიერება ტიპიურ სისტემაში CPU-ში (თუმცა სხვა ტიპის პროცესორები ძალიან გამოიყურება მსგავსი). დღეს, თანამედროვე მეხსიერების იერარქია არ მოიცავს მხოლოდ ქეშს, RAM-ს და მუდმივ შესანახ მოწყობილობებს, არამედ მეხსიერების იერარქიას თავად ქეშში.

პროცესორების უმეტესობას აქვს სხვადასხვა დონის ქეში სხვადასხვა მიზნებისთვის. ქეშის პირველი და ყველაზე მცირე დონეა L1, რომელსაც ეძლევა ინდივიდუალური ბირთვები მონაცემთა დასამუშავებლად, რაც დაუყოვნებლივ საჭიროა. L1 ქეში ხშირად იზომება კილობაიტებში, უახლესი Ryzen 7000 CPU აქვს 64KB L1 ქეში თითო ბირთვზე. გარდა ამისა, თანამედროვე L1 ქეში ხშირად იყოფა L1I (ინსტრუქციებისთვის) და L1D (მონაცემებისთვის).

შემდეგი არის L2, რომელიც განკუთვნილია ბირთვების ჯგუფისთვის და არა ცალკეულისთვის. ბუნებრივია, L2 ქეში უფრო დიდია, ვიდრე L1 ქეში, ხშირად სიდიდის ბრძანებით, მაგრამ ბევრად უფრო დიდი და მეტი ბირთვის მომსახურეობა ნიშნავს, რომ ის უფრო ნელია და აქვს უფრო მაღალი შეყოვნება. ზოგიერთი პროცესორი, განსაკუთრებით GPU და ნელი CPU, მხოლოდ L2 ქეშამდე მიდის.

შემდეგი ნაბიჯი არის L3, რომელსაც ჩვეულებრივ იყენებენ ჩიპზე არსებული ყველა ბირთვი. მისი ზომა შეიძლება განსხვავდებოდეს L2-ის ქეშზე რამდენჯერმე დიდიდან ერთზე მეტ სიდიდამდე, რაც დამოკიდებულია პროცესორზე. ეს ნიშნავს, რომ ის უფრო ნელია ვიდრე L2 ქეში, მაგრამ მაინც აღემატება RAM-ს. გარდა ამისა, L3 ქეში ასევე ხშირად მოქმედებს როგორც "მსხვერპლთა ქეში", სადაც მიდის L1 და L2 ქეშიდან გამოდევნილი მონაცემები. ის შეიძლება შემდგომ გამოირიცხოს L3 ქეშიდან, თუ ეს არ არის საჭირო. დღეს, L3 ქეში განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია AMD-სთვის მისი ჩიპლეტის ტექნოლოგიის გამო. Ryzen 3D V-Cache ჩიპები შეიცავს 64MB L3 ქეშს, ხოლო RX 7000 Memory Cache Dies (ან MCD) შეიცავს 16MB L3 ქეშს თითოეულში.

უმეტეს პროცესორებზე ქეშის ყველაზე მაღალი დონე არის L4, რომელიც ხშირად იმდენად დიდია, რომ ფაქტობრივად ოპერატიული მეხსიერებაა. სინამდვილეში, უახლესი პროცესორები, რომლებიც გამოიყენებენ L4 ქეშს, არის Intel-ის Sapphire Rapids Xeon ჩიპები, რომლებიც იყენებენ HBM2-ს, როგორც L4 ქეშს უმაღლესი დონის მოდელებზე. მეორეს მხრივ, AMD-ს არასოდეს გამოუყენებია L4 ქეში და ამის ნაცვლად კმაყოფილია თავისი L3 ქეშის მაღალ ტევადობამდე გაფართოებით მეტი CPU და V-Cache ჩიპლეტების დამატებით. L4 ქეში, როგორც წესი, უფრო მეტად სარგებლობს ინტეგრირებული GPU-ებით, რადგან ეს არის on-die გადაწყვეტა, რომელსაც შეუძლია მონაცემების გაზიარება CPU-სა და ინტეგრირებულ GPU-ს შორის.

ზოგიერთ ჩიპსეტში, უპირველეს ყოვლისა მობილურში, არის ქეშის სხვა ტიპი: სისტემის დონის ქეში (SLC). ეს ქეში შემდეგ გამოიყენება მთელ ჩიპსეტში, როგორიცაა GPU, NPU და CPU. ქეშს შეუძლია შეცვალოს ძირითადი მეხსიერების მოთხოვნების საჭიროება, ამიტომ SLC სარგებლობს მთელი SoC-ისთვის.

ქეში აუცილებელია, მაგრამ თავისთავად არ აუმჯობესებს შესრულებას

მიუხედავად ქეშის ბოლოდროინდელი ინოვაციების გარშემო არსებული აჟიოტაჟისა, ეს არ არის ვერცხლის ტყვია შესრულებისთვის. ბოლოს და ბოლოს, ქეშში არ არის დამუშავების შესაძლებლობა; ის უბრალოდ ინახავს მონაცემებს და ეს არის ის. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა პროცესორს შეუძლია აბსოლუტურად ისარგებლოს მეტი ქეშით, ხშირად ძალიან ძვირია საჭიროზე მეტის დამატება. მეტი ქეშის დამატებამ შესაძლოა ვერც კი გააუმჯობესოს შესრულება სამუშაო დატვირთვის მიხედვით, რაც შემდგომი სტიმულია იმისთვის, რომ არ დააყენოთ ტონა პროცესორზე.

როგორც ითქვა, დიდი რაოდენობით ქეშის დამატება შეიძლება სასურველი იყოს გარკვეულ სიტუაციებში. პროცესორები ბევრი ქეშით, როგორც წესი, უკეთესად მოქმედებენ თამაშებში, მაგალითად. AMD-ის Ryzen CPU-ები 3D V-Cache-ით საკმაოდ სწრაფია სათამაშოდ, მიუხედავად იმისა, რომ აქვთ უფრო დაბალი სიხშირე, ვიდრე ჩიპები V-Cache-ის გარეშე, და Intel-ის მე-13 თაობის პროცესორები მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფია, ვიდრე მე-12 თაობის ჩიპები, ერთადერთი მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება არის გაფართოება. ქეში.

საბოლოო ჯამში, ქეში არსებობს, ასე რომ პროცესორებს შეუძლიათ გვერდის ავლით RAM რაც შეიძლება ხშირად და შესრულება შეიძლება იყოს რაც შეიძლება შეუზღუდავი. CPU-ს დიზაინერებმა უნდა დააბალანსონ ქეშის სიმძლავრე ზომასთან და, შესაბამისად, ღირებულებასთან, რაც უფრო რთული ხდება ყოველი თაობის ახალი წარმოების პროცესების შემდეგ. მიუხედავად იმისა, რომ პროცესორებზე ქეშის დამატების ახალი გზები ინერგება ქეშის გამოგონებიდან ათწლეულების შემდეგ, ძნელი წარმოსადგენია პროცესორების ამ ძირითადი კომპონენტის დანიშნულება ოდესმე შეიცვალოს.