O que é a memória cache do processador? Saiba o que significa L1, L2 e L3

O que é a memória cache do processador? Saiba o que significa L1, L2 e L3

A memória cache do processador é uma memória de acesso rápido localizada próximo ou dentro do núcleo do chip. A função do cache é servir como armazenamento temporário de dados. A seguir, entenda os diferentes níveis de memória cache, geralmente divididos em L1, L2 e L3.

Processadores (CPUs) têm memórias cache L1, L2 e L3 para acesso rápido (Imagem: Reprodução/AMD)

ÍndiceOnde fica a memória cache do processador?Quais são os níveis de memória cache?O que é cache L1?O que é cache L2?O que é cache L3?Como saber o tamanho da memória cache do processador?Quanto maior o cache do processador, melhor?Qual é a diferença entre memória cache e RAM?Qual é a memória mais rápida: cache ou registrador?

Como funciona a memória cache do processador?

A memória cache é uma memória de altíssima velocidade que funciona como um intermediário entre o processador e a RAM. Ela armazena temporariamente dados e instruções que são usados com frequência pelo chip, o que melhora o desempenho do sistema.

Como a memória cache tem capacidade reduzida, geralmente de alguns kilobytes (kB) a alguns megabytes (MB), somente são guardadas as informações consideradas muito importantes pelo processador. O armazenamento obedece a uma hierarquia, sendo que o cache L1 é o mais rápido e o mais próximo do núcleo de uma CPU.

Quando um processador precisa buscar ou armazenar dados, ele primeiro verifica se as informações estão salvas na memória cache. Se os dados estiverem em cache (ou seja, se houver um “cache hit”), o acesso é muito rápido. Caso contrário, há um “cache miss”, e o chip irá procurá-los em outras memórias, como a RAM, que é mais lenta.

Ilustração de um processador com quatro núcleos (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Onde fica a memória cache do processador?

A memória cache fica dentro do processador e é dividida em níveis (L1, L2 e L3) que determinam a proximidade com o núcleo. Quanto mais próxima do núcleo, mais rápida é a velocidade da memória.

A localização exata dos níveis de memória cache pode variar conforme a arquitetura do processador. Em geral, o cache L1 fica dentro do núcleo da CPU e não é compartilhado com nenhum outro núcleo. O L2 pode ser exclusivo ou compartilhado entre núcleos. Já o L3 tem maior capacidade e geralmente está fora de um núcleo.

Quais são os níveis de memória cache?

A memória cache pode ser dividida entre em três níveis: L1, L2 e L3, que se diferenciam em capacidade de armazenamento, velocidade de acesso e distância do núcleo.

A nomenclatura pode variar de acordo com a fabricante. A Qualcomm, por exemplo, já classificou a memória cache mais próxima do núcleo como “cache L0”. Em outras arquiteturas, essa memória seria chamada de cache L1.

Além disso, a quantidade de níveis de memória cache é definida pela fabricante. O cache L1 e o cache L2 geralmente estão presentes em todos os processadores, mas nem todo chip possui cache L3. Certas CPUs também podem ter uma quarta memória cache, chamada de cache L4.

O que é cache L1?

O cache L1 é o mais rápido entre as memórias cache e, devido ao alto custo de fabricação, costuma ter a menor capacidade, na escala de dezenas de kilobytes (kB). É o nível de cache mais próximo do núcleo do processador e, na maioria das CPUs modernas, está localizado dentro de um núcleo, sendo de uso exclusivo de cada core.

Como o L1 (também chamado de L0 por algumas fabricantes) é o nível de memória cache mais próximo do núcleo e com menor latência, ele costuma ser utilizado para armazenar os dados e instruções que o processador acessa com muita frequência.

O que é cache L2?

Cache L2 é o segundo nível de memória cache de um processador, também conhecido como cache de nível médio. Ele tem capacidade de armazenamento maior que o L1, normalmente de centenas de kilobytes (kB) a alguns poucos megabytes (MB).

Assim como o cache L1, o L2 costuma operar na mesma frequência (clock) do núcleo do processador. No entanto, o L2 está mais distante do core e possui tempo de acesso maior (ou seja, velocidade menor). Além disso, o cache L2 costuma ser compartilhado entre os núcleos de um processador, diferente do L1, que geralmente é dedicado para cada núcleo.

O que é cache L3?

Cache L3 é o terceiro nível de memória cache. Na maioria dos processadores, é chamado de cache de último nível. Apesar de estar mais distante do núcleo da CPU, o L3 é mais rápido que a RAM e pode armazenar uma quantidade dados maior que o L1 e L2, na escala de dezenas a poucas centenas de megabytes (MB).

Em regra, o cache L3 é compartilhado entre os todos os núcleos de uma CPU multi-core. As exceções ficam por conta de chips especializados, como o AMD Epyc de 3ª geração para servidores, que possui cache L3 de 768 MB compartilhado entre grupos de núcleos.

Como saber o tamanho da memória cache do processador?

Para descobrir o tamanho da memória cache do seu processador, basta utilizar um software especializado, como o CPU-Z, que informe as especificações do chip.

A Intel possui uma ferramenta oficial para Windows, a Intel Processor Identification Utility, que lista todas as características de um processador da marca, incluindo o tamanho das memórias cache, a frequência de cada núcleo e, quando houver, o modelo do chip gráfico (GPU).

Quanto maior o cache do processador, melhor?

Quanto maior é a memória cache de um processador, mais dados um chip pode armazenar e acessar rapidamente antes de depender de outras memórias mais lentas, como a RAM. Isso geralmente resulta em maior desempenho.

Porém, há outras características da memória cache que influenciam o desempenho. A distribuição entre os níveis de cache é tão ou mais importante que a capacidade total. Normalmente, por limitações de custo, as fabricantes só conseguem aumentar de forma significativa o tamanho do cache L3, que é o mais lento.

Além disso, a relação entre desempenho e tamanho de cache não é direta, ou seja, um processador com o dobro de memória cache não necessariamente terá o dobro de performance. Por fim, a eficácia da memória cache depende da capacidade do chip em prever com precisão quais dados realmente serão acessados a seguir.

Qual é a diferença entre memória cache e RAM?

Memória cache é uma memória de acesso rápido com alguns megabytes (MB) de tamanho localizada dentro da CPU, enquanto RAM é uma memória externa para armazenamento de dados temporários e normalmente tem capacidade na escala dos gigabytes (GB).

Tanto o cache quanto a RAM são memórias voláteis, ou seja, perdem os dados salvos quando o fornecimento de energia elétrica é interrompido. Por isso, servem apenas para armazenamento temporário. Ambos são mais rápidos que unidades não voláteis, como o HD, SSD ou memória flash (NAND).

Qual é a memória mais rápida: cache ou registrador?

Os registradores são um tipo de memória extremamente rápida localizada dentro do processador e têm velocidade maior que qualquer nível de memória cache. Eles são usados para guardar dados temporários durante a execução de uma instrução e possuem capacidade muito limitada, geralmente medida em bits.

Apesar de ser mais lenta que os registradores, a memória cache pode armazenar muito mais dados. Portanto, tem papel crucial na melhoria do desempenho do sistema e na redução de dependência da RAM.
O que é a memória cache do processador? Saiba o que significa L1, L2 e L3

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Fonte: Tecnoblog