cachenivåerna

cachenivåerna är en viktig del av datorarkitektur och avser hur data lagras temporärt i CPU:ns cacheminne för att förbättra processorns hastighet. Det finns flera nivåer av cache, vanligtvis kallade L1, L2, och ibland L3 eller till och med L4. Varje nivå har olika storlek, hastighet och placering i relation till processorn.

L1-cachen är den snabbaste och mest miniatyristiska, ofta delad per kärna eller enda till en kärna. Dess storlek är vanligtvis 32–128 kB per kärna, med en åtkomsttid på bara ett par cykler. Den är avsedd för att hålla datavarianter som processorn för närvarande arbetar med. L1-cachen är ofta uppdelad i en data-cache och en instruktions-cache för att minska konflikt och öka prestanda.

L2-cachen är större, vanligtvis 256 kB till 2 MB, med en högre åtkomsttid än L1, men den är fortfarande lokal för varje kärna. Den agerar som en mellanlagring mellan L1 och huvudminnet (RAM). Många moderna processorer har också en delad L2 mellan två kärnor, vilket ger effektivare resursutnyttjande.

L3-cachen är ännu större, ofta mellan 2 och 30 MB, och delas vanligtvis mellan alla kärnor på ett processorchip. En större lagring ger möjlighet att hålla fler data i åtkomst när flera kärnor kör samtidiga trådar. L3 är betydligt långsammare än L2, men snabbare än minnesåtkomst, vilket gör den till ett fördelaktigt avbrott mellan kärnan och systemminnet.

I vissa högpresterande eller inbyggda system finns ytterligare nivåer, som L4, som ofta finns i externa cacheenheter eller på minneskontrolleren. L4 är generellt knappt större än L3, men fungerar som ett buffertlager för mycket stora datamängder eller infrequent data.

Cachehierarkin påverkar prestanda genom att minska den medelåtkomsttid som krävs för att hämta data från huvudminnet. Effektiva cache-designs balancerar ofta storlek, kostnad, och energieffektivitet för att passa en specifik processorn. De nyare CPU:erna optimerar cache-systemet med algoritmer för förutseende hämta (prefetching) och modifieringspolicyer som write-back eller write-through för att optimera datastoftness och korrelation.