科个普：CPU缓存究竟啥作用？

很久没有更新“科个普”系列了，今天聊聊CPU缓存的事儿。自从AMD锐龙7 7800X3D发布后，大家都认识到了三级缓存对游戏带来的影响有多明显，但是对于CPU缓存的作用和意义不是那么了解，今天尽可能简单直白的和大家聊一聊CPU缓存。

什么是CPU缓存

CPU缓存是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小很多，但是交换速度却比内存要快得多，这也是CPU缓存存在的意义，哪怕是速度最快的傲腾内存（已退市）也比CPU缓存慢了许多。不仅如此，CPU缓存一般都是L1/L2/L3这样的多级缓存结构。

CPU缓存的工作就相当于蓄水池，数据首先加载到内存，然后发送到CPU上。CPU每秒能够执行天量的指令，但是内存一时又吞不下这“泼天的富贵”，所以为了平衡二者在数据处理、交换上巨大的速度鸿沟，就需要缓存来暂存了。

缓存为什么要“分家”？

你可能注意到了，CPU缓存是“分级”的，这是因为它们的工作内容不尽相同：一级缓存容量最小但是速度最快，并且每个核心都独享一定容量的缓存，另外特殊之处在于一级缓存分为L1d缓存和L1i缓存，前者专门缓存数据，后者专门缓存指令；相对的，二级缓存容量要比一级缓存来得大，并且也是每个核心独享一定容量的缓存，但是它的速度要比一级缓存慢一点；到了三级缓存这里，它的容量明显要比一二级缓存大很多，但是速度也要慢不少，而且不同于一二级缓存的核心独享策略，三级缓存是多核心共享同一个容量池。

最早使用三级缓存的CPU是AMD K6-III，但是和现在CPU的三级缓存不同的是，它的三级缓存被设计在主板上，这是因为当时制程工艺没有办法支撑这样的设计。当然，这也使得它的速度远远低于CPU内部集成的缓存。

X3D的三级缓存为什么是“外挂”?

AMD锐龙X3D CPU的三级缓存其实是极为特殊的。集成在CPU内部的缓存都称之为片内缓存，而放置在芯片之外的缓存被称作片外缓存。而3D V-Cache更像是一个“外挂”：本质上它并不是和CPU一体的，而是通过3D堆叠的方式“安装”到CPU的三级缓存上，再通过立体穿孔导通连接CPU本体，形成有机的缓存“结合体”。这样做的好处是可以获得相对更短的物理距离（对传输性能影响极大），又不至于指数级提高设计、制造难度。

L3缓存究竟能帮助什么游戏提高帧率？

很多人认为GPU显卡的性能是决定游戏的最重要电脑部件，这样的理解也对也不对——CPU始终是应用程序（包括游戏）的“定海神针”“核心中枢”，它依旧是影响游戏性能非常重要的因素。直接说答案：沙盒类游戏，在线竞技类、策略类、模拟经营类游戏，以及需要频繁切换场景的3A类游戏，CPU的作用都远比想象的大，而这些游戏的性能提升幅度，又以三级缓存的大小而变得更为明显。

更大的三级缓存不仅可以提高游戏的高帧率的上限，更重要的地方是它可以保证游戏流畅运行的下限：明显提高Low帧（最低帧）的帧率——说白一点之所以出现Low帧问题，就是因为数据吞吐出现了瓶颈，更大容量的三级缓存正好“对症下药”！