I moderni processori per computer utilizzano tutti un sistema di memoria cache multilivello che consente di archiviare temporaneamente i dati sul chip per un accesso rapido agli stessi.
A rendere, perlomeno per i meno esperti, tutto molto più difficile, vi sono alcune sostanziali differenze: la cache può infatti essere L1, L2 o L3. In questo articolo approfondiremo proprio questo aspetto, cercando di capire qual è la reale differenza tra queste tre soluzioni.
Una doverosa premessa: cos'è la memoria cache della CPU?
La memoria cache della CPU è un tipo di archiviazione temporanea dei dati posizionata sul processore.
Viene utilizzata per aumentare l'efficienza di elaborazione della CPU mantenendo un numero contenuto di bit di dati, spesso necessari, pronti per l'accesso ad alta velocità. La memoria in questione è composta da diversi livelli di archiviazione. Questi sono comunemente indicati come L1, L2, L3 e occasionalmente L4.
Come avrai intuito, dietro queste sigle vi sono diverse velocità e dimensioni a disposizione della macchina in uso.
Per capire meglio perché la CPU ha bisogno della propria cache, dobbiamo guardare allo sviluppo di processori e RAM. La differenza di velocità tra il processore e la RAM era minima nei primi computer. In tal senso, vi era ben poca preoccupazione che l'elaborazione sarebbe stata rallentata dalla memoria.
Poiché la velocità operativa dei processori centrali è aumentata molto prima rispetto a quella della RAM, è stato necessario ridurre in qualche modo tale disparità. La risposta a tale necessità è la memoria cache.
Questa soluzione è sia estremamente veloce, spesso tra 10 e 100 volte più veloce della DRAM, sia fisicamente vicina ai core del processore. I processori moderni e veloci non sono rallentati dalla necessità di effettuare richieste di dati da una memoria di sistema perché possono invece ottenere i dati dalla cache in tempi ridottissimi.
Il motivo per cui questo tipo di memoria, noto come SRAM, non viene utilizzato solo al posto della già citata DRAM in un computer dipende dal suo costo. La quantità di memoria cache su una CPU è relativamente piccola, misurata in kilobyte o megabyte anziché in gigabyte, e sarebbe proibitivamente costosa da realizzare alle stesse dimensioni dei moderni moduli RAM (almeno con la tecnologia attuale).
La memoria cache non deve essere confusa con altri tipi di cache che si trovano comunemente nel tuo computer. Sebbene "cache" possa riferirsi a diversi tipi di memoria temporanea utilizzata per aumentare l'efficienza del software o dell'hardware, il nostro focus resta su quella che lavora con il processore del computer.
Cos'è la cache L1?
La cache L1, a volte chiamata cache primaria, è la parte di memoria più piccola e veloce. Di solito ha una dimensione di appena 64 KB, ma ogni core del processore ha la propria cache L1 integrata, quindi una CPU quad-core avrebbe un totale di 256 KB.
Se osservi i dettagli della memoria in uno strumento di benchmark che analizza il processore, noterai che la cache L1 è suddivisa in due ulteriori livelli: L1-I (istruzione) e L1-D (dati). La cache delle istruzioni L1 gestisce le informazioni che vengono inviate al processore, mentre la cache dei dati contiene le informazioni da scrivere nella memoria principale.
La cache di livello 1 può trasferire i dati come o più velocemente rispetto alla massima velocità operativa della CPU, rendendola estremamente efficiente. Se il processore non riesce a trovare i dati richiesti in L1, va ad operare nel contesto della cache L2 e L3.
Cos'è la cache L2?
La cache L2 è considerato un livello di memoria secondaria, anch'essa incorporata in ogni singolo core della CPU. Ha quasi sempre più spazio di archiviazione di L1, ma funziona a una velocità inferiore, anche se ancora molto più veloce se paragonata alla RAM.
Alcuni processori di fascia alta potrebbero avere un totale di 32 MB di cache L2, ma 6-12 MB sono i valori più diffusi sul mercato attuale. Come accennato, questa è divisa equamente tra tutti i core, consentendo a ciascuno di accedere alla propria cache in modo indipendente.
Cos'è la cache L3?
Anziché essere incorporata all'interno di ciascun core della CPU, la cache L3 funge come una sorta di spazio di archiviazione condiviso a cui può accedere l'intero processore. È molto più lento della cache L1 e L2, pur mantenendo una velocità doppia rispetto alla RAM. Come puoi intuire però, lo spazio proposto è molto più ampio rispetto alle due cache appena illustrate.
Se la CPU non riesce a trovare i dati di cui ha bisogno nella memoria cache, deve invece richiedere i dati dalla memoria di sistema più lenta. Questo è chiamato in gergo cache miss. L'introduzione della cache L3 ha ridotto le possibilità di errore durante la ricerca dati e quindi ha contribuito a migliorare le prestazioni complessive dei computer.
Quando è stata sviluppata per la prima volta, la cache L3 si trovava spesso in un chip separato sulla scheda madre. Le moderne CPU ora hanno quasi esclusivamente cache L3 integrata per garantire una maggiore efficienza.
Domande frequenti sui vari tipi di memoria cache
Chiarite le sostanziali differenze tra le tipologie di memoria cache, possiamo approfondire con un paio di domande che potresti porti su questa tematica.
La memoria cache può essere cancellata?
Esistono cache di memoria che possono essere eliminate o cancellate, come la cache di sistema o quella browser, ma non è possibile eliminare la memoria cache della CPU.
Proprio come la DRAM, la SRAM è una memoria volatile, il che significa che non conserva il suo contenuto a lungo termine. Non appena si spegne il computer, tutti i dati contenuti vengono automaticamente eliminati.
Di quanta memoria cache ho bisogno?
Come con la maggior parte dei tipi di memoria, più cache ha una CPU, meglio è.
Non è possibile aggiornare la memoria cache, quindi è importante assicurarsi che il processore scelto ne abbia abbastanza per le proprie esigenze. Detto questo, dipende da cosa fai con il tuo computer. A prescindere da ciò, non dovresti fossilizzarti su questo parametro quanto intendi acquistare un nuovo PC, visto che esistono parametri molto più importanti.
A livello puramente indicativo, però, possiamo indicarti almeno 64 KB per la memoria L1 su singolo core. Puoi capire se la CPU in questione presenta tale requisito dividendo la quantità totale per il numero di core del processore.
256 KB di cache L2 per core sono perfettamente in linea con la media del settore, ma i videogiocatori potrebbero spingersi a 512 KB per core, soprattutto se amano titoli di ultima generazione. Infine, qualsiasi valore tra 32 e 96 MB di cache L3 va bene per la maggior parte degli scopi.
