Какво представлява L0 кеш паметта?

Процесорите са невероятно сложни зверове. Има много взаимосвързани части, които всички трябва да работят в перфектен унисон, за да постигнат нивата на производителност, които виждаме. Една от ключовите характеристики на процесора е кеша. Това не е забележителна функция. Той не рекламира толкова добре, колкото броя на ядрата или пиковата честота на усилване. Това обаче е от решаващо значение за производителността.

Защо кеш?

Съвременните процесори са невероятно бързи. Те извършват повече от пет милиарда операции всяка секунда. Поддържането на CPU захранван с данни, когато работи толкова бързо, е трудно. RAM паметта има достатъчен капацитет за захранване на процесора с данни. Той дори може да прехвърля данни всяка секунда, благодарение на много висока честотна лента. Това обаче не е проблемът. Проблемът е в латентността.

RAM може да реагира много бързо. Проблемът е, че „много бързо“ е дълго време, когато правите пет милиарда неща всяка секунда. Дори най-бързата RAM има латентност над 60 наносекунди. Отново, 60 наносекунди звучат като никакво време. Проблемът е, че ако процесорът работи на 1GHz, ще са необходими 1ns за завършване на цикъл. С процесори от висок клас, достигащи 5,7 GHz, това е един цикъл на всеки 175 пикосекунди. Как изглеждат тези 60 наносекунди латентност сега? Това са 342 цикъла на латентност.

Този вид латентност би бил убиец за всяка производителност на процесора. За да се избегне това, се използва кеш. Кеш паметта се поставя на самата матрица на процесора. Освен това е много по-малък от RAM и използва различна структура, SRAM, а не DRAM. Това го прави много по-бърз за реагиране от основната системна RAM памет. Кешът обикновено е многослоен, като L1, L2 и L3 се използват за обозначаване на нивата, които се простират все повече и повече от ядрата на процесора. По-ниските нива са по-бързи, но по-малки. L1 може да има латентност от четири или пет тактови цикъла, много по-добре от 342.

Но някои процесори споменават L0?

Терминологията за L1, L2 и L3 е доста стандартна. Неясното разбиране за това какво означават и правят е сравнително често срещано явление, дори сред доставчиците на процесори. Това е така, защото те се управляват от материалната и електрическата физика; не може да се промени много. Можете да имате бърз кеш или голям кеш, не и двете. Трябва да е по-голям, ако споделяте кеш между няколко ядра. За тази цел L1 и L2 обикновено са специфични за ядрото. По-големият L3 кеш има тенденция да се споделя между някои или всички ядра на процесора или чиплета.

Както може би се досещате, L0 е свързан с кеширането, но е вкаран в схемата за именуване след факта. Това обаче не помага да разберем какво означава. Вероятно обаче можете да познаете някои неща. Ще бъде ограничен до едно ядро, ще бъде малък и ще бъде бърз. Другото име, с което се нарича, може да помогне малко; това е микрооперационен кеш.

Вместо да кешира данни от паметта или пълни инструкции, L0 кешира микрооперации. Както наскоро описахме , микрооперацията е характеристика на съвременните процесори. Инструкциите в x86 и други ISA са големи, сложни и предизвикателни за ефективно вписване в конвейер. Можете да ги тръбопроводите много по-ефективно, ако ги разделите на съставни микрооперации. В някои случаи можете дори да групирате множество микрооперации, дори от различни инструкции, в една микрооперация, като постигате както подобрение на производителността, така и намаляване на мощността.

Архитектура на процесора и Micro-Op Cache

За да изпълни дадена инструкция, модерен процесор я декодира. Това включва разделяне на инструкцията на нейните съставни микрооперации и определяне на местата в паметта, които трябва да бъдат посочени. Много софтуер използва подобна функционалност редовно и често може да използва повторно същия код в цикъл или от извикана функция. Това означава, че точните инструкции могат да се извикват отново и отново. Това означава, че едни и същи микрооперации се извикват отново и отново. И ако едни и същи микрооперации са необходими многократно, те могат да бъдат кеширани. Кеширането на микрооперации може да намали натоварването на декодерите за инструкции, намалявайки потреблението на енергия или спомагайки за по-бързото запълване на конвейера.

Кешът наистина трябва да се поддържа малък, но когато се управлява внимателно, той може да бъде достъпен с едно или дори без забавяне на цикъла. Това може да е достатъчно, за да предотврати необходимостта от поемане на 4-цикълна латентност към L1 кеша и не идва с наказание за пропуск на кеша.

Заключение

L0 кеш паметта е другото име на микрооперационния кеш. Може да бъде част от съвременни процесори, които използват микрооперации. Обикновено съдържа няколко хиляди записа и има капацитет, посочен в брой записи, а не в байтове. L0 може да бъде достъпен по-бързо от L1, обикновено с латентност от 1 или 0 цикъла. Кеширането на микрооперации намалява натоварването на декодерите на инструкции, особено в код, който използва добре цикли или функции.