Qu'est-ce que le cache l1, l2 et l3 et comment fonctionne-t-il?

Avez-vous déjà entendu parler des caches L1, L2 et L3 ? Certes, oui, mais si vous n'êtes pas sûr de la signification réelle de ces niveaux de cache, dans cet article, nous essaierons de tout expliquer au mieux de nos capacités. Désormais, vous comprendrez mieux les caractéristiques de la mémoire d'un processeur.

Vous saurez déjà que l'un des composants les plus importants d'un ordinateur est sa mémoire, on parle bien sûr de la mémoire RAM, celle où tous les programmes et le système d'exploitation sont chargés pour qu'ils soient utilisés par le processeur ou doivent avoir accès au disque dur.

La RAM est beaucoup plus rapide qu'un disque dur, en particulier les disques mécaniques. Mais il y a toujours une mémoire plus rapide dans notre ordinateur, en particulier dans notre processeur, et c'est la mémoire cache, ce que nous verrons aujourd'hui.

Index du contenu

Quelle est la mémoire cache d'un CPU

La première chose que nous devrons savoir est ce qu'est le cache en général. Comme nous l'avons déjà dit, au sein d'un PC, il existe plusieurs types de mémoire et précisément la mémoire cache sera la plus rapide de toutes.

Niveaux de stockage

Pour commencer, dans la première étape, nous aurons le stockage principal, qui sont sans aucun doute des disques durs. En eux toutes les informations sont stockées en permanence, à partir de là le système d'exploitation fait un PC fonctionnel. C'est la mémoire la plus lente, d'environ 150 Mo / s sur un disque dur (disque dur mécanique) aux impressionnants 3 500 Mo / s des SSD les plus rapides du marché.

Deuxièmement, nous aurons une mémoire vive ou RAM. Il s'agit d'une mémoire à semi-conducteurs plus petite, qui n'est pas capable de stocker des données en permanence et agit comme une passerelle entre le disque dur et le processeur. Il offre une vitesse supérieure à 30 000 Mo / s en DDR4. La mémoire est également appelée DRAM (Dynamic RAM) car elle doit être constamment mise à jour pour éviter de perdre des informations.

Le troisième niveau, le plus rapide

Et enfin, nous arrivons à celui du haut, le cache. Il s'agit d'une très petite mémoire installée à l'intérieur de son propre microprocesseur et de type SRAM (Static RAM). Il est beaucoup plus cher à fabriquer que la RAM normale et peut contenir des données sans être constamment mis à jour.

Le fait d'être installé à l'intérieur du CPU le rend le plus proche des cœurs de traitement, et c'est pourquoi il doit être sacrément rapide. En fait, il atteint des vitesses de plus de 200 Go / s et des latences d'environ 10 ou 11 ns (nanosecondes). La mémoire cache est chargée de stocker les instructions qui vont être traitées prochainement par la CPU, afin qu'elle puisse y accéder le plus rapidement possible.

À son tour, la mémoire cache est divisée en plusieurs niveaux, chacun plus rapide, plus petit et plus proche du processeur. Les processeurs ont actuellement un total de trois niveaux de mémoire cache à l'intérieur. Avant d'entrer dans le détail, examinons rapidement le fonctionnement d'un cache.

Fonctionnement de la mise en cache

Vous ne le savez peut-être pas, mais pratiquement tous les périphériques et éléments d'un ordinateur ont leur propre mémoire cache, par exemple, les disques durs eux-mêmes, l'imprimante et bien sûr les GPU des cartes graphiques. Et la fonction de chacun d'entre eux, y compris celle d'un CPU, sera la même.

Comme nous le savons, un ordinateur est "intelligent" grâce au système d'exploitation et à ses programmes. Chacun de ces programmes est créé à partir d'un langage de programmation, qui à son tour est un ensemble d'instructions qui doivent être exécutées de manière ordonnée dans la CPU. Nous le disons de manière ordonnée car c'est à ce stade qu'établir différents niveaux de stockage est logique.

Les données sont stockées de manière fixe dans les disques durs, mais comme elles sont si lentes et «si éloignées» du CPU, elles sont chargées auparavant dans la mémoire RAM, un stockage beaucoup plus rapide et utilisées uniquement pour les programmes qui sont en fonctionnement.

Le contrôleur de mémoire entre en jeu

Mais ce n'est pas encore suffisant, car les processeurs d'aujourd'hui sont si rapides et capables d' exécuter des millions d'opérations chaque seconde sur chaque cœur, le cache entre. À l'intérieur du CPU, il y a un contrôleur de mémoire, qui est essentiellement ce qu'on appelait auparavant le pont nord ou le pont nord et était une puce installée sur la carte mère. Eh bien, ce contrôleur de mémoire est maintenant à l'intérieur du CPU et est chargé de prendre les instructions qui vont être exécutées à partir de la mémoire RAM, et aussi de renvoyer les résultats du cycle de traitement.

Mais il existe également deux types de bus chargés de communiquer le CPU avec la mémoire RAM, ils sont appelés bus de données et bus d'adresses:

• Bus de données: ce sont essentiellement les pistes où circulent les données et les instructions. Il y aura un bus de données qui communique la RAM, le cache et les cœurs entre eux. Bus d'adresse: c'est un canal indépendant où la CPU demande l' adresse mémoire où se trouvent les données. Les instructions sont stockées dans des cellules de mémoire, qui ont une adresse, et la RAM, le cache et le CPU doivent le connaître pour localiser les données en question.

Cache L1, L2 et L3

À l'heure actuelle, nous comprenons déjà à peu près comment fonctionne le stockage sur un PC et comment fonctionne la mise en cache. Mais il faut savoir qu'il y a un cache L1, L2 et L3 à l'intérieur du CPU, il semble incroyable que quelque chose d'aussi petit rentre si bien non? Pour ces trois niveaux de mémoire cache, répondez à une hiérarchie de vitesse et bien sûr de capacité.

Mémoire cache L1

Le cache L1 est la configuration la plus rapide, celle la plus proche des cœurs. Cela stocke les données qui seront immédiatement utilisées par le CPU, et c'est pourquoi les vitesses sont d'environ 1150 Go / s et la latence n'est que de 0, 9 ns.

La taille de cette mémoire cache est d'environ 256 Ko au total, bien qu'en fonction de la puissance (et du coût) du processeur, elle sera inférieure ou supérieure.En fait, les processeurs de station de travail tels que Intel Core i9-7980 XE en ont 1152 Ko au total.

Ce cache L1 est divisé en deux types, le cache de données L1 et le cache d'instructions L1, le premier est responsable du stockage des données à traiter et le second stocke les informations sur l'opération à effectuer (addition, soustraction, multiplication, etc.).

De plus, chaque cœur a ses propres caches L1, donc si nous avons un processeur à 6 cœurs, nous aurons 6 caches L1 divisés en L1 D et L1 I.Dans les processeurs Intel, chacun fait 32 Ko et en Les processeurs AMD sont également de 32 Ko ou 64 Ko sur L1 I. Bien sûr, ils varient en fonction de la qualité et de la puissance, comme toujours.

Mémoire cache L2

Le prochain que nous trouverons sera le cache L2 ou niveau 2. Cela a plus de capacité de stockage, bien qu'il soit un peu plus lent, environ 470 Go / s et 2, 8 ns de latence. La taille de stockage varie généralement entre 256 Ko et 18 Mo. On voit déjà que ce sont des capacités considérables pour les vitesses que l'on gère.

Les instructions et les données y sont stockées et seront bientôt utilisées par la CPU, et dans ce cas, elles ne sont pas divisées en instructions et données. Mais nous avons un cache L2 pour chaque cœur, du moins c'est le cas avec les processeurs les plus pertinents. Pour chaque cœur, il y a généralement 256, 512 ou jusqu'à 1024 Ko.

Mémoire cache L3

Enfin, nous trouverons le cache L3, qui dispose d'un espace dédié sur la puce du processeur. Ce sera le plus grand et aussi le plus lent, on parle de plus de 200 Go / s et 11 ns de latence.

Actuellement, un processeur digne va avoir au moins 4 Mo de cache L3, et des disques jusqu'à 64 Mo peuvent être vus. Le L3 est généralement réparti sur environ 2 Mo par cœur, mais disons simplement qu'il n'est pas à l'intérieur de chaque cœur, il existe donc un bus de données pour communiquer avec eux. La solvabilité et la vitesse d'un processeur dépendent en grande partie de ce bus et de la mémoire RAM elle-même, et c'est là qu'Intel tire sa puissance d'AMD.

Comment connaître le cache L1, L2 et L3 de mon processeur

Eh bien, l' un des moyens les plus rapides de connaître ces informations est de télécharger l'outil CPU-Z, qui est entièrement gratuit et vous fournira des informations très complètes sur votre CPU. Même les trois niveaux et la quantité de stockage pour chacun. Vous pouvez le télécharger sur son site officiel.

Vous pouvez également mettre la marque et le modèle dans le navigateur et vous rendre sur la page du fabricant, bien qu'ils ne fournissent généralement que des informations sur le cache L3. Bien sûr, dans toute notre revue des processeurs, nous donnons des informations complètes sur le cache de chaque CPU et nous évaluons ses performances.

Latence, largeur de bus et manque de cache

Nous avons compris que les données circulent du disque dur vers le cœur de traitement à travers tous les niveaux de mémoire. Lorsque le processeur recherche d'abord la prochaine instruction à traiter, se trouve dans la mémoire cache, un système qualité doit savoir comment localiser correctement les données en fonction de leur importance afin de minimiser les temps d'accès à celles-ci, ce qu'on appelle la latence.

La latence est alors le temps nécessaire pour accéder aux données de la mémoire. La latence plus longue et plus lente, plus élevée et plus longtemps le CPU devra attendre sa prochaine instruction. Ainsi, lorsqu'une instruction n'est pas située dans la mémoire cache, le processeur doit la rechercher directement dans la mémoire RAM, cela s'appelle manque de cache ou manque de cache, c'est lorsqu'un PC plus lent est expérimenté.

La largeur du bus est également très importante pour la vitesse, car elle marque la possibilité de transférer des blocs de données plus importants de la mémoire vers le CPU. Le CPU et la RAM sont tous deux de 64 bits, mais la fonction Dual Channel est capable de doubler cette capacité à 128 bits afin que le transfert entre ces éléments ait une plus grande capacité.

Conclusion sur la mémoire cache L1, L2 et L3

On regarde toujours beaucoup le nombre de cœurs et la vitesse d'un processeur, il est clair que cela en détermine largement la vitesse totale. Mais un élément qui n'est parfois pas pris en compte est la mémoire cache, et il est essentiel pour avoir un processeur puissant.

Par exemple, avoir un processeur à 6 cœurs avec 4 ou 16 Mo de cache L3 sera très important pour mesurer ses performances, en particulier lorsque nous avons plusieurs programmes ouverts. Donc, à partir de maintenant, regardez bien cette section lorsque vous décidez d'acheter un processeur, car tout ne dépend pas de la fréquence.

Nous avons des tutoriels plus intéressants sur ce sujet, nous les laissons donc ici:

Nous recommandons également nos guides matériels mis à jour:

Nous espérons que toutes ces informations vous ont été utiles pour en savoir plus sur les processeurs et la mémoire cache. Si vous avez des questions, vous pouvez nous les poser dans la boîte de commentaires. Rendez-vous dans le prochain tutoriel!