Hvað er L0 skyndiminni?

Örgjörvar eru ótrúlega flókin dýr. Það eru margir samtengdir hlutar sem allir þurfa að virka í fullkomnu samræmi til að ná þeim frammistöðu sem við sjáum. Einn af helstu eiginleikum CPU er skyndiminni. Það er ekki áberandi eiginleiki. Það auglýsir ekki eins vel og kjarnafjölda eða hámarkshækkunartíðni. Það er þó mikilvægt fyrir frammistöðu.

Af hverju skyndiminni?

Nútíma örgjörvar eru ótrúlega hraðir. Þeir framkvæma meira en fimm milljarða aðgerðir á hverri sekúndu. Það er erfitt að halda örgjörvanum fóðruðum með gögnum þegar hann starfar svona hratt. Vinnsluminni hefur næga afkastagetu til að sjá örgjörvanum fyrir gögnum. Það getur jafnvel flutt gögn á hverri sekúndu, þökk sé mjög mikilli bandbreidd. Það er þó ekki vandamálið. Vandamálið er leynd.

RAM getur brugðist mjög fljótt. Vandamálið er að „mjög fljótt“ er langur tími þegar þú gerir fimm milljarða hluti á hverri sekúndu. Jafnvel hraðasta vinnsluminni hefur leynd yfir 60 nanósekúndur. Aftur hljómar 60 nanósekúndur eins og enginn tími. Vandamálið er að ef örgjörvinn keyrði á 1GHz myndi það taka 1ns að klára hringrás. Með hágæða örgjörva sem ná 5,7 GHz, er það ein lota á 175 píkósekúndna fresti. Hvernig líta þessar 60 nanósekúndur af leynd út núna? Það eru 342 lotur af leynd.

Slík leynd væri morðingi fyrir hvaða afköst CPU sem er. Til að komast í kringum það er skyndiminni notað. Skyndiminni er komið fyrir á CPU deyjanum sjálfum. Það er líka miklu minna en vinnsluminni og notar aðra uppbyggingu, SRAM frekar en DRAM. Þetta gerir það mun fljótlegra að bregðast við en vinnsluminni aðalkerfisins. Skyndiminni er venjulega lagskipt, þar sem L1, L2 og L3 eru notuð til að tákna stigin sem komast lengra og lengra frá CPU kjarnanum. Neðri þrep eru hraðari en minni. L1 getur haft leynd upp á fjórar eða fimm klukkulotur, miklu betri en 342.

En sumir örgjörvar nefna L0?

Hugtökin fyrir L1, L2 og L3 eru frekar staðlað. Óljós skilningur á því hvað þeir meina og gera er tiltölulega algengur, jafnvel hjá örgjörvaframleiðendum. Þetta er vegna þess að þeim er stjórnað af efnis- og rafeðlisfræði; það getur ekki mikið breyst. Þú getur haft hratt skyndiminni eða stórt skyndiminni, ekki bæði. Það þarf að vera stærra ef þú deilir skyndiminni á milli margra kjarna. Í því skyni hafa L1 og L2 tilhneigingu til að vera kjarnasértæk. Stærra L3 skyndiminni hefur tilhneigingu til að deila á milli sumra eða allra kjarna á örgjörvanum eða flís.

Eins og þú getur líklega giskað á tengist L0 skyndiminni en hefur verið ýtt inn í nafnakerfið eftir það. Það hjálpar þó ekki að skilja hvað það þýðir. Þú getur þó líklega giskað á suma hluti. Það verður takmarkað við einn kjarna, það verður pínulítið og það verður hratt. Hitt nafnið sem það gengur undir getur hjálpað svolítið; það er ör-op skyndiminni.

Í stað þess að vista gögn úr minni, eða fullar leiðbeiningar, vistar L0 ör-ops. Eins og við lýstum nýlega er ör-op eiginleiki nútíma örgjörva. Leiðbeiningar í x86 og öðrum ISA eru stórar, flóknar og krefjandi til að passa á skilvirkan hátt í leiðslu. Þú getur sett þau í leiðslu á mun skilvirkari hátt ef þú skiptir þeim niður í ör-ops. Í sumum tilfellum geturðu jafnvel flokkað margar öraðgerðir, jafnvel úr mismunandi leiðbeiningum, í eina örvirka til að ná bæði frammistöðubótum og aflminnkun.

CPU Architecture ft Micro-Op Cache

Til að framkvæma leiðbeiningar afkóðar nútíma CPU hana. Þetta felur í sér að skipta leiðbeiningunum niður í ör-ops sem hún inniheldur og ákvarða minnisstaðsetningar sem ætti að vísa til. Margur hugbúnaður notar svipaða virkni reglulega og getur oft endurnýtt sama kóðann í lykkju eða úr kölluðu falli. Þetta þýðir að hægt er að hringja í nákvæmar leiðbeiningar aftur og aftur. Þetta þýðir þá að sömu ör-ops eru kallaðir aftur og aftur. Og ef þörf er á sömu öropnunum ítrekað er hægt að vista þær í skyndiminni. Ör-ops í skyndiminni getur dregið úr álagi á leiðbeiningaafkóðara, dregið úr orkunotkun eða hjálpað til við að fylla leiðsluna hraðar.

Skyndiminnið þarf að vera lítið, en þegar vandlega er stjórnað er hægt að nálgast það með einni eða jafnvel engum lotutíma. Þetta getur verið nóg til að koma í veg fyrir að þurfa að taka á sig 4 lota leynd í L1 skyndiminni og kemur ekki með refsingu fyrir missi af skyndiminni.

Niðurstaða

L0 skyndiminni er annað nafn á öropnunarskyndiminni. Það getur verið hluti af nútíma örgjörvum sem nota öraðgerðir. Það hefur venjulega nokkur þúsund færslur og hefur getu skráð í fjölda færslur frekar en bæti. Hægt er að nálgast L0 hraðar en L1, venjulega með 1 eða 0 lotu leynd. Skyndiminni ör-ops dregur úr álagi á kennsluafkóðara, sérstaklega í kóða sem nýtir lykkjur eða aðgerðir vel.