Τι είναι η προσωρινή μνήμη L0;

Οι CPU είναι απίστευτα πολύπλοκα θηρία. Υπάρχουν πολλά εξαρτήματα διασύνδεσης που όλα πρέπει να λειτουργούν τέλεια για να επιτύχουν τα επίπεδα απόδοσης που βλέπουμε. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά μιας CPU είναι η κρυφή μνήμη. Δεν είναι ένα φανταχτερό χαρακτηριστικό. Δεν διαφημίζεται τόσο καλά όσο ο αριθμός πυρήνων ή η μέγιστη συχνότητα ενίσχυσης. Είναι κρίσιμο για την απόδοση, ωστόσο.

Γιατί Cache;

Οι σύγχρονοι CPU είναι απίστευτα γρήγοροι. Εκτελούν περισσότερες από πέντε δισεκατομμύρια λειτουργίες κάθε δευτερόλεπτο. Είναι δύσκολο να διατηρείτε τη CPU τροφοδοτημένη με δεδομένα όταν λειτουργεί τόσο γρήγορα. Η μνήμη RAM έχει αρκετή χωρητικότητα για να παρέχει δεδομένα στην CPU. Μπορεί ακόμη και να μεταφέρει δεδομένα κάθε δευτερόλεπτο, χάρη στα πολύ μεγάλα εύρη ζώνης. Δεν είναι αυτό το πρόβλημα όμως. Το πρόβλημα είναι η καθυστέρηση.

Η RAM μπορεί να ανταποκριθεί πολύ γρήγορα. Το πρόβλημα είναι ότι το "πολύ γρήγορα" είναι μεγάλο χρονικό διάστημα όταν κάνεις πέντε δισεκατομμύρια πράγματα κάθε δευτερόλεπτο. Ακόμη και η πιο γρήγορη μνήμη RAM έχει καθυστέρηση πάνω από 60 νανοδευτερόλεπτα. Και πάλι, 60 νανοδευτερόλεπτα ακούγονται σαν καθόλου χρόνο. Το πρόβλημα είναι ότι εάν η CPU λειτουργούσε στο 1GHz, θα χρειαζόταν 1ns για να ολοκληρωθεί ένας κύκλος. Με επεξεργαστές υψηλής τεχνολογίας που αγγίζουν τα 5,7 GHz, αυτός είναι ένας κύκλος κάθε 175 picosecond. Πώς φαίνονται τώρα αυτά τα 60 νανοδευτερόλεπτα καθυστέρησης; Αυτό είναι 342 κύκλοι καθυστέρησης.

Αυτό το είδος λανθάνουσας κατάστασης θα ήταν δολοφονικό για οποιαδήποτε απόδοση της CPU. Για να το αντιμετωπίσετε, χρησιμοποιείται μια κρυφή μνήμη. Η κρυφή μνήμη τοποθετείται στην ίδια τη μήτρα της CPU. Είναι επίσης πολύ μικρότερο από τη μνήμη RAM και χρησιμοποιεί διαφορετική δομή, SRAM αντί DRAM. Αυτό καθιστά πολύ πιο γρήγορη απόκριση από τη RAM του κύριου συστήματος. Η κρυφή μνήμη είναι συνήθως κλιμακωτή, με τα L1, L2 και L3 να χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν τα επίπεδα που απομακρύνονται όλο και πιο μακριά από τους πυρήνες της CPU. Οι χαμηλότερες βαθμίδες είναι πιο γρήγορες αλλά μικρότερες. Το L1 μπορεί να έχει καθυστέρηση τεσσάρων ή πέντε κύκλων ρολογιού, πολύ καλύτερο από το 342.

Αλλά μερικές CPU αναφέρουν ένα L0;

Η ορολογία για τα L1, L2 και L3 είναι αρκετά τυπική. Η ασαφής κατανόηση του τι σημαίνουν και τι κάνουν είναι σχετικά κοινή, ακόμη και σε όλους τους προμηθευτές CPU. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι διέπονται από την υλική και την ηλεκτρική φυσική. δεν μπορούν να αλλάξουν πολλά. Μπορείτε να έχετε μια γρήγορη προσωρινή μνήμη ή μια μεγάλη κρυφή μνήμη, όχι και τα δύο. Πρέπει να είναι μεγαλύτερο εάν μοιράζεστε μια κρυφή μνήμη μεταξύ πολλών πυρήνων. Για το σκοπό αυτό, τα L1 και L2 τείνουν να είναι ειδικά για τον πυρήνα. Η μεγαλύτερη κρυφή μνήμη L3 τείνει να μοιράζεται μεταξύ ορισμένων ή όλων των πυρήνων της CPU ή του chiplet.

Όπως μπορείτε πιθανώς να μαντέψετε, το L0 σχετίζεται με την προσωρινή αποθήκευση, αλλά έχει μπει στο σχήμα ονοματοδοσίας μετά το γεγονός. Δεν βοηθάει όμως να καταλάβουμε τι σημαίνει. Μάλλον μπορείς να μαντέψεις κάποια πράγματα, όμως. Θα περιορίζεται σε έναν πυρήνα, θα είναι μικροσκοπικό και θα είναι γρήγορο. Το άλλο όνομα που λέει μπορεί να βοηθήσει λίγο. αυτό είναι η κρυφή μνήμη micro-op.

Αντί για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων από τη μνήμη ή πλήρεις οδηγίες, το L0 αποθηκεύει προσωρινά τις μικρο-λειτουργίες. Όπως περιγράψαμε πρόσφατα , το micro-op είναι χαρακτηριστικό των σύγχρονων CPU. Οι οδηγίες στο x86 και σε άλλα ISA είναι μεγάλες, πολύπλοκες και απαιτητικές για να χωρέσουν αποτελεσματικά σε μια διοχέτευση. Μπορείτε να τα διοχετεύσετε πολύ πιο αποτελεσματικά εάν τα αναλύσετε σε συστατικές μικρο-λειτουργίες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορείτε ακόμη και να ομαδοποιήσετε πολλαπλές μικρο-λειτουργίες, ακόμη και από διαφορετικές οδηγίες, σε μία μόνο μικρο-λειτουργία, επιτυγχάνοντας τόσο βελτίωση απόδοσης όσο και μείωση ισχύος.

CPU Architecture ft Micro-Op Cache

Για να εκτελέσει μια εντολή, μια σύγχρονη CPU την αποκωδικοποιεί. Αυτό περιλαμβάνει το διαχωρισμό της εντολής στις μικρο-λειτουργίες που τις αποτελούν και τον προσδιορισμό των θέσεων μνήμης που πρέπει να αναφέρονται. Πολλά λογισμικά χρησιμοποιούν παρόμοια λειτουργικότητα τακτικά και συχνά μπορούν να επαναχρησιμοποιήσουν τον ίδιο κώδικα σε βρόχο ή από μια καλούμενη συνάρτηση. Αυτό σημαίνει ότι οι ακριβείς οδηγίες μπορούν να καλούνται ξανά και ξανά. Αυτό σημαίνει ότι οι ίδιες μικρο-λειτουργίες καλούνται ξανά και ξανά. Και αν χρειάζονται επανειλημμένα οι ίδιες μικρο-λειτουργίες, μπορούν να αποθηκευτούν προσωρινά. Η αποθήκευση μικρο-λειτουργιών στην κρυφή μνήμη μπορεί να μειώσει το φορτίο στους αποκωδικοποιητές εντολών, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας ή βοηθώντας στην ταχύτερη πλήρωση του αγωγού.

Η κρυφή μνήμη πρέπει να διατηρείται μικρή, αλλά όταν γίνεται προσεκτική διαχείριση, μπορεί να προσπελαστεί με ένα μόνο ή ακόμα και χωρίς καθυστέρηση κύκλου. Αυτό μπορεί να είναι αρκετό για να αποτρέψει την ανάγκη ανάληψης του λανθάνοντος χρόνου 4 κύκλων στη μνήμη cache L1 και δεν συνοδεύεται από ποινή αποτυχίας προσωρινής μνήμης.

συμπέρασμα

Η προσωρινή μνήμη L0 είναι ένα άλλο όνομα για τη μνήμη cache micro-op. Μπορεί να είναι μέρος των σύγχρονων CPU που χρησιμοποιούν μικρολειτουργίες. Συνήθως περιέχει μερικές χιλιάδες εγγραφές και έχει χωρητικότητες που αναφέρονται σε αριθμούς καταχωρήσεων και όχι σε byte. Η πρόσβαση στο L0 μπορεί να γίνει ταχύτερα από το L1, συνήθως με καθυστέρηση 1 ή 0 κύκλου. Η αποθήκευση μικρο-λειτουργιών στην κρυφή μνήμη μειώνει το φορτίο στους αποκωδικοποιητές εντολών, ειδικά σε κώδικα που χρησιμοποιεί σωστά τους βρόχους ή τις λειτουργίες.