Què és la memòria cau L0?

Les CPU són bèsties increïblement complexes. Hi ha moltes parts d'interconnexió que totes han de treballar a l'uníson per aconseguir els nivells de rendiment que veiem. Una de les característiques clau d'una CPU és la memòria cau. No és una característica cridanera. No s'anuncia tan bé com el recompte de nuclis o la freqüència màxima d'augment. Tanmateix, és fonamental per al rendiment.

Per què la memòria cau?

Les CPU modernes són increïblement ràpides. Realitzen més de cinc mil milions d'operacions cada segon. Mantenir la CPU alimentada amb dades quan funciona tan ràpid és difícil. La memòria RAM té prou capacitat per subministrar dades a la CPU. Fins i tot pot transferir dades cada segon, gràcies a amples de banda molt elevats. Aquest no és el problema, però. El problema és la latència.

La memòria RAM pot respondre molt ràpidament. El problema és que "molt ràpidament" és molt de temps quan fas cinc mil milions de coses cada segon. Fins i tot la memòria RAM més ràpida té una latència superior als 60 nanosegons. De nou, 60 nanosegons sonen com si fossin temps. El problema és que si la CPU funcionés a 1GHz, trigaria 1ns a completar un cicle. Amb les CPU de gamma alta que arriben a 5,7 GHz, això és un cicle cada 175 picosegons. Com es veuen aquests 60 nanosegons de latència ara? Això són 342 cicles de latència.

Aquest tipus de latència seria un assassí per a qualsevol rendiment de la CPU. Per evitar-ho, s'utilitza una memòria cau. La memòria cau es col·loca a la matriu de la CPU. També és molt més petit que la memòria RAM i utilitza una estructura diferent, SRAM en lloc de DRAM. Això fa que sigui molt més ràpid de respondre que la memòria RAM del sistema principal. La memòria cau normalment està en nivells, amb L1, L2 i L3 que s'utilitzen per indicar els nivells que s'allunyen cada cop més dels nuclis de la CPU. Els nivells inferiors són més ràpids però més petits. L1 pot tenir una latència de quatre o cinc cicles de rellotge, molt millor que 342.

Però algunes CPU esmenten un L0?

La terminologia per a L1, L2 i L3 és bastant estàndard. La comprensió vaga del que volen dir i fer és relativament comú, fins i tot entre els proveïdors de CPU. Això és perquè es regeixen per la física material i elèctrica; no pot canviar gaire. Podeu tenir una memòria cau ràpida o una memòria cau gran, no totes dues. Ha de ser més gran si compartiu una memòria cau entre diversos nuclis. Amb aquesta finalitat, L1 i L2 solen ser específiques del nucli. La memòria cau L3 més gran acostuma a compartir-se entre alguns o tots els nuclis de la CPU o el chiplet.

Com probablement podeu endevinar, L0 està relacionat amb la memòria cau, però s'ha introduït a l'esquema de noms després del fet. Tanmateix, no ajuda a entendre què vol dir. Segurament podeu endevinar algunes coses, però. Es limitarà a un nucli, serà petit i serà ràpid. L'altre nom que porta pot ajudar una mica; això és la memòria cau de microoperacions.

En lloc d'emmagatzemar a la memòria cau dades de la memòria o instruccions completes, L0 emmagatzema les microoperacions a la memòria cau. Com hem descrit recentment , una microoperació és una característica de les CPU modernes. Les instruccions a x86 i altres ISA són grans, complexes i difícils d'encaixar de manera eficient en un pipeline. Podeu canalitzar-los de manera molt més eficient si els desglosseu en microoperacions constitutives. En alguns casos, fins i tot podeu agrupar diverses microoperacions, fins i tot a partir d'instruccions diferents, en una única microoperació aconseguint tant una millora del rendiment com una reducció de potència.

Arquitectura de la CPU amb la memòria cau Micro-Op

Per executar una instrucció, una CPU moderna la descodifica. Això implica dividir la instrucció en les seves microoperacions constitutives i determinar les ubicacions de memòria a les quals s'ha de fer referència. Molts programes utilitzen una funcionalitat similar amb regularitat i sovint poden reutilitzar el mateix codi en un bucle o des d'una funció cridada. Això vol dir que les instruccions exactes es poden cridar una i altra vegada. Aleshores, això significa que les mateixes microoperacions reben trucades una i altra vegada. I si es necessiten les mateixes microoperacions repetidament, es poden emmagatzemar a la memòria cau. Les microoperacions d'emmagatzematge en memòria cau poden reduir la càrrega dels descodificadors d'instruccions, reduint el consum d'energia o ajudant a omplir la canonada més ràpidament.

La memòria cau s'ha de mantenir petita, però quan es gestiona amb cura, es pot accedir amb una latència única o fins i tot sense cicle. Això pot ser suficient per evitar la necessitat d'assumir la latència de 4 cicles a la memòria cau L1 i no inclou cap penalització per falta de memòria cau.

Conclusió

La memòria cau L0 és un altre nom per a la memòria cau de microoperacions. Pot ser una part de les CPU modernes que utilitzen microoperacions. Normalment conté uns quants milers d'entrades i té capacitats enumerades en nombre d'entrades en lloc de bytes. Es pot accedir a L0 més ràpid que a L1, normalment amb una latència d'1 o 0 cicles. L'emmagatzematge en memòria cau de les microoperacions redueix la càrrega dels descodificadors d'instruccions, especialment en el codi que fa un bon ús de bucles o funcions.