Que é a caché L0?

As CPU son bestas incriblemente complexas. Hai moitas pezas interconectadas que todas teñen que funcionar ao unísono perfecto para acadar os niveis de rendemento que vemos. Unha das características fundamentais dunha CPU é a caché. Non é unha característica chamativa. Non anuncia tan ben como o reconto de núcleos ou a frecuencia máxima de aumento. Non obstante, é fundamental para o rendemento.

Por que caché?

As CPU modernas son incriblemente rápidas. Realizan máis de cinco mil millóns de operacións cada segundo. Manter a CPU alimentada con datos cando funciona tan rápido é difícil. A RAM ten capacidade suficiente para proporcionar datos á CPU. Incluso pode transferir datos cada segundo, grazas a anchos de banda moi elevados. Non obstante, ese non é o problema. O problema é a latencia.

A memoria RAM pode responder moi rapidamente. O problema é que "moi rápido" é moito tempo cando fas cinco mil millóns de cousas por segundo. Incluso a memoria RAM máis rápida ten unha latencia superior aos 60 nanosegundos. De novo, 60 nanosegundos soan como nada de tempo. O problema é que se a CPU funcionase a 1GHz, tardaría 1ns en completar un ciclo. Con CPUs de gama alta que alcanzan os 5,7 GHz, é un ciclo cada 175 picosegundos. Como están agora eses 60 nanosegundos de latencia? Son 342 ciclos de latencia.

Ese tipo de latencia sería un asasinato para calquera rendemento da CPU. Para evitar isto, úsase unha caché. A caché colócase no propio die da CPU. Tamén é moito máis pequeno que a RAM e usa unha estrutura diferente, SRAM en lugar de DRAM. Isto fai que responda moito máis rápido que a RAM do sistema principal. A caché adoita estar en niveis, con L1, L2 e L3 usados ​​para indicar os niveis que se afastan cada vez máis dos núcleos da CPU. Os niveis inferiores son máis rápidos pero máis pequenos. L1 pode ter unha latencia de catro ou cinco ciclos de reloxo, moito mellor que 342.

Pero algunhas CPU mencionan un L0?

A terminoloxía para L1, L2 e L3 é bastante estándar. A comprensión vaga do que significan e fan é relativamente común, mesmo entre os provedores de CPU. Isto débese a que se rexen pola física material e eléctrica; non pode cambiar moito. Podes ter unha caché rápida ou unha caché grande, non as dúas. Debe ser maior se compartes unha caché entre varios núcleos. Para iso, L1 e L2 tenden a ser específicos do núcleo. A caché L3 máis grande adoita compartirse entre algúns ou todos os núcleos da CPU ou do chiplet.

Como probablemente podes adiviñar, L0 está relacionado coa caché, pero foi introducido no esquema de nomeamento despois do feito. Non axuda entender o que significa, porén. Con todo, probablemente poidas adiviñar algunhas cousas. Vai limitarse a un núcleo, vai ser pequeno e vai ser rápido. O outro nome que leva pode axudar un pouco; iso é a caché de microoperacións.

En lugar de almacenar en caché os datos da memoria ou as instrucións completas, L0 almacena en caché as microoperacións. Como describimos recentemente , unha microoperación é unha característica das CPU modernas. As instrucións en x86 e outras ISA son grandes, complexas e difíciles de encaixar de forma eficiente nunha canalización. Podes canalizalos de forma moito máis eficiente se os descompóns en microoperacións constitutivas. Nalgúns casos, incluso podes agrupar varias microoperacións, mesmo a partir de instrucións diferentes, nunha única microoperación logrando tanto unha mellora do rendemento como unha redución de enerxía.

Arquitectura de CPU con caché Micro-Op

Para executar unha instrución, unha CPU moderna decodifica. Isto implica dividir a instrución nas súas microoperacións constitutivas e determinar as localizacións de memoria ás que se debe facer referencia. Moitos programas utilizan funcións similares regularmente e moitas veces poden reutilizar o mesmo código nun bucle ou desde unha función chamada. Isto significa que as instrucións exactas pódense chamar unha e outra vez. Isto significa que as mesmas microoperacións son chamadas unha e outra vez. E se se necesitan repetidamente as mesmas microoperacións, pódense almacenar na caché. O almacenamento en caché de microoperacións pode reducir a carga dos descodificadores de instrucións, reducindo o consumo de enerxía ou axudando a encher a canalización máis rápido.

A caché debe manterse pequena, pero cando se xestiona coidadosamente, pódese acceder a ela cunha latencia única ou sen ciclo. Isto pode ser suficiente para evitar a necesidade de asumir a latencia de 4 ciclos para a caché L1 e non inclúe penalización por falla de caché.

Conclusión

A caché L0 é outro nome para a caché de microoperacións. Pode ser parte das CPU modernas que utilizan microoperacións. Normalmente contén uns poucos miles de entradas e ten capacidades listadas en número de entradas en lugar de bytes. Pódese acceder a L0 máis rápido que a L1, normalmente cunha latencia de 1 ou 0 ciclos. O almacenamento en caché de microoperacións reduce a carga dos descodificadores de instrucións, especialmente no código que fai un bo uso de bucles ou funcións.