Cpu-Infos, Seite 3: CACHE

Cache-Speicher ist generell ein schneller Zwischenspeicher der eine sogenannte Sprungvorhersage durchführt, wobei die Sprungvorhersage in die nächsthöhere Instanz führt. Cache Speicher ist auf Levels (Stufen, Instanzen) ausgelegt. Bevor ich aber näher auf die Cache-Levels eingehe beschreibe ich die physikalisch verschiedenen Cache-Typen. Der Cache ist übrigens kein dynamischer RAM (DRAM) sondern statischer Speicher (SRAM). SRAM benötigt keinen Refresh der Daten und ist damit weit schneller als DRAM. Nun zu den verschiedenen Erscheinungsformen des Caches:

OFF-CPU Cache:

Off-CPU Cache ist auf dem Motherboard verlötet und in seltenen Fällen austauschbar. Er taktet zumeist auf FSB, beim Pentium PRO allerdings auf vollem Core-Takt. Der Off-CPU Cache besitzt meistens eine Zugriffszeit von 6-15ns und besitzt Latenzen zwischen 4 und 8 Taktzyklen (Motherboard-Taktzyklen)

Off-Die Cache:

Dieser Typ von Cache liegt zwar bereits auf der CPU, aber noch nicht direkt im Kern (siehe z.B.: Pentium-II) Taktet bei P-II/P-III Katmai auf halbem CPU-Takt, bei Athlons zwischen 2/3 und 1/3 des CPU-Taktes. Die Latenzen liegen zwischen 4-8 CPU-Taktzyklen.

On-Die Cache:

Die fortschrittlichste Form des Cache-Speichers befindet sich direkt im CPU-Kern. Diese Form des schnellen Zwischenspeichers taktet auf vollem Core-Takt, Latenzen liegen zwischen 0 (CuMine P-III) und 3 (Celeron-I) Taktzyklen.

Wo gibt es nun noch Unterschiede im Cache-Design? Nun, in den Levels. Generell gilt: Je höher ein Cache-Level desto wichtiger ist dessen Performance! Die verschiedenen Cache-Levels:

L1-Cache:

Liegt immer im CPU-Kern und ist bei neueren CPU's zwischen 16 und 128KB groß. Latenzen sind immer auf 0

L2-Cache:

 Kann ebenfalls on-die liegen, aber auch off-die oder off-cpu. Der off-cpu übernimmt beim AMD K6-III die Funktion des L3-Caches.

L3-Cache:

Ist auf der CPU bereits ein L1 und L2-Cache vorhanden, so kann der auf dem Mainboard verlötete, eigentlich als L2 gedachte Cache als L3 verwendet werden, der AMD K6-III unterstützt dies.

Weitere wichtige Merkmale von Cache-Speicher:

Assoziativität:

Der Cache verwendet sogenannte Sprungtabellen um seine Sprungvorhersage zu kontrollieren. Je nach höherer Assoziativität pro Instruktion sind diese Sprungtabellen genauer und erhöhen die Wahrscheinlichkeit daß ein Cache-Sprung sein Ziel trifft, cacht und der CPU viel schneller zur Verfügung stellen kann als der System-RAM. L1 Cache in aktuellen AMD Athlons, 128KB groß sind 2-Weg assoziativ, beim CuMine, 32KB groß (Der L2 des K6-II wurde nicht erkannt, da er off-cpu ist)

Bandbreite:

Die Bandbreite ist entscheidend für die Cache-Performance! off-die L2/L3 Cache besitzt zumeist eine 64-Bit Bandbreite, off-cpu und on-die Caches meist 128Bit. Lediglich der ATC (Advanced Transfer Cache) des CuMine verfügt über eine 256-Bit Bandbreite, Celerons z.B.: verfügen zwar über on-die L2, allerdings nur mit 128Bit Bandbreite.

Latenzzeit:

Wie RAM hat auch Cache Latenzzeiten. Auch hier gilt: Je höher desto stabiler. Je niedriger desto schneller. Bei aktuellen Athlons liegt diese Latency um die 4 Taktzyklen, beim Cel-I auf 3, Cel-II auf 2, P-II auf 8, P-III Katmai auf 4, CuMine auf 0 Taktzyklen (Level-2). Die Latency ist vom BIOS aus oder über TweakBIOS modifizierbar! L1 Caches haben immer eine Latenz von 0.

Was ist besser, ein kleiner schneller oder ein großer langsamerer Cache?

Generell kann man sagen, daß beim L2 256KB die ideale Größe für Spiele und Benchmarks darstellen, hier zählt dann nur noch Geschwindigkeit. Mehr als 256KB sind nur für Anwendungen wie Grafikbearbeitungssoftware interessant, hier zählt die Größe des Caches, wie auch bei Netzwerkservern. 128KB können zwar rasend schnell sein, sind aber etwas zu wenig. Beim L1 wären wohl 64-128 ideal, der Athlon verfügt über 128KB 2-Weg 128Bit L1, der CuMine über 32KB 4-Weg 128Bit L1. Der P-III hat zwar den schnelleren Cache, er ist allerdings eindeutig zu klein bemessen. Beim L2 sieht es etwas anders aus: Athlon: 512KB 2Weg 128Bit 2/5-2/3-speed. CuMine: 256KB 8Weg 256Bit core-speed. Allerdings ist die Performance des L1 wichtiger als die des L2-Caches.

Taktfrequenz:

Was läßt sich dazu noch sagen???  Je schneller desto besser!!!

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