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标题: [原创] 关于CPU2级缓存的一些看法 [打印本页]

作者: ppt8858 时间: 2007-3-29 14:56
标题: [原创] 关于CPU2级缓存的一些看法
关于CPU2级缓存的一些看法
AMD的U里已经集成了内存控制器，如果再提高2级缓存，在现在的生产工艺下，芯片的良品率和发热量将很难控制。
而Intel打算在45nm技术阶段，在CPU中集成内存控制器，并使用6M2级高速缓存。
新闻来自驱动之家http://news.mydrivers.com/1/77/77089.htm，http://news.mydrivers.com/1/80/80533.htm
AMD的2级缓存少，我认为是集成电路设计问题，AMD在X2的部分低端型号中使用512K*2 2级缓存（以前是256*2），是因为使用了65nm工艺的原因，如果AMD在进入45nm工艺阶段后，采用新架构的话2级缓存应该不会再和现在一样低。

引用wodeer2003 的说法
AMD的L1、L2缓存叫实数据缓存，是真正的数据缓存，缓存中的数据可以直接供CPU使用。
Intel 的L1缓存叫数据追踪缓存，L2才是实数据缓存。所谓数据追踪缓存，说起来复杂，打个比喻，就是目录的意思。也就是说数据追踪缓存中的数据，并不是CPU可以直接使用的数据，这个数据只是告诉了你需要的东西在哪里，仅仅是一个地址－－－－－－－－在L2中的某个位置，然后再去L2中的具体位置找需要的数据。
就像你去找二个知道名字但不认识的人，一个叫AMD，一个叫Intel ，你一问某个人谁是AMD？这个人说我就是。你又去问谁是Intel ，这个人说他住××地方，然后你去这个地方找到了Intel 。
http://bbs.winzheng.com/viewthread.php?tid=843088&highlight=

我认为也就是因为Intel的1，2级缓存设计方法，才产生了在Core架构中共享2级缓存的技术。
即使AMD是实数据缓存，但AMD2个缓存加起来也没多少，我认为就缓存方面AMD性能要落后于Intel，当然AMD X2处理器性能并不差，是AMD在内存方面（集成内存控制器，内存访问延迟更低）和总线方面（HT总线比Intel FSB效率更高）设计先进的原因。

主要是个人的一些观点，希望高手指点。

下文来自IT168

CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。由此可见，在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（缓存+内存）就变成了既有缓存的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。
缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。
正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高（大多数CPU可达90%左右），也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中，只有大约10%需要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间，也使CPU读取数据时基本无需等待。总的来说，CPU读取数据的顺序是先缓存后内存。
目前缓存基本上都是采用SRAM存储器，SRAM是英文Static RAM的缩写，它是一种具有静志存取功能的存储器，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。不像DRAM内存那样需要刷新电路，每隔一段时间，固定要对DRAM刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积，这也是目前不能将缓存容量做得太大的重要原因。它的特点归纳如下：优点是节能、速度快、不必配合内存刷新电路、可提高整体的工作效率，缺点是集成度低、相同的容量体积较大、而且价格较高，只能少量用于关键性系统以提高效率。
按照数据读取顺序和与CPU结合的紧密程度，CPU缓存可以分为一级缓存，二级缓存，部分高端CPU还具有三级缓存，每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分，这三种缓存的技术难度和制造成本是相对递减的，所以其容量也是相对递增的。当CPU要读取一个数据时，首先从一级缓存中查找，如果没有找到再从二级缓存中查找，如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。一般来说，每级缓存的命中率大概都在80%左右，也就是说全部数据量的80%都可以在一级缓存中找到，只剩下20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，由此可见一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。
一级缓存（Level 1 Cache）简称L1 Cache，位于CPU内核的旁边，是与CPU结合最为紧密的CPU缓存，也是历史上最早出现的CPU缓存。由于一级缓存的技术难度和制造成本最高，提高容量所带来的技术难度增加和成本增加非常大，所带来的性能提升却不明显，性价比很低，而且现有的一级缓存的命中率已经很高，所以一级缓存是所有缓存中容量最小的，比二级缓存要小得多。
一般来说，一级缓存可以分为一级数据缓存（Data Cache，D-Cache）和一级指令缓存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码，而且两者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效能。目前大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存，其一级缓存就以64KB+64KB来表示，其余的CPU的一级缓存表示方法以此类推。
Intel的采用NetBurst架构的CPU（最典型的就是Pentium 4）的一级缓存有点特殊，使用了新增加的一种一级追踪缓存（Execution Trace Cache，T-Cache或ETC）来替代一级指令缓存，容量为12KμOps，表示能存储12K条即12000条解码后的微指令。一级追踪缓存与一级指令缓存的运行机制是不相同的，一级指令缓存只是对指令作即时的解码而并不会储存这些指令，而一级追踪缓存同样会将一些指令作解码，这些指令称为微指令（micro-ops）,而这些微指令能储存在一级追踪缓存之内，无需每一次都作出解码的程序，因此一级追踪缓存能有效地增加在高工作频率下对指令的解码能力，而μOps就是micro-ops，也就是微型操作的意思。它以很高的速度将μops提供给处理器核心。Intel NetBurst微型架构使用执行跟踪缓存，将解码器从执行循环中分离出来。这个跟踪缓存以很高的带宽将uops提供给核心，从本质上适于充分利用软件中的指令级并行机制。Intel并没有公布一级追踪缓存的实际容量,只知道一级追踪缓存能储存12000条微指令（micro-ops）。所以，我们不能简单地用微指令的数目来比较指令缓存的大小。实际上，单核心的NetBurst架构CPU使用8Kμops的缓存已经基本上够用了，多出的4kμops可以大大提高缓存命中率。而如果要使用超线程技术的话，12KμOps就会有些不够用，这就是为什么有时候Intel处理器在使用超线程技术时会导致性能下降的重要原因。
例如Northwood核心的一级缓存为8KB+12KμOps，就表示其一级数据缓存为8KB，一级追踪缓存为12KμOps；而Prescott核心的一级缓存为16KB+12KμOps，就表示其一级数据缓存为16KB，一级追踪缓存为12KμOps。在这里12KμOps绝对不等于12KB，单位都不同，一个是μOps，一个是Byte（字节），而且二者的运行机制完全不同。所以那些把Intel的CPU一级缓存简单相加，例如把Northwood核心说成是20KB一级缓存，把Prescott核心说成是28KB一级缓存，并且据此认为Intel处理器的一级缓存容量远远低于AMD处理器128KB的一级缓存容量的看法是完全错误的，二者不具有可比性。在架构有一定区别的CPU对比中,很多缓存已经难以找到对应的东西,即使类似名称的缓存在设计思路和功能定义上也有区别了，此时不能用简单的算术加法来进行对比；而在架构极为近似的CPU对比中，分别对比各种功能缓存大小才有一定的意义。

[ 本帖最后由 HuaErZ 于 2007-3-29 15:10 编辑 ]

[ 本帖最后由 HuaErZ 于 2007-3-30 09:19 编辑 ]

作者: rcyyc741 时间: 2007-3-29 15:17
inter把的酷睿2叫做微架构
AMD把K8叫做连接结构

作者: ZXZWE527 时间: 2007-3-29 16:46
理论上不管A还是I都是缓存越打越好，但是这其中大和好的关系并非线性比例关系。举一个简单的例子，K7时代L2-256K的XP和L2-512K的BT当主频相同时性能相差微乎其微，也就是说，在某一特定架构下，当缓存大到某一数量后再增加其容量已经没有性能提升上的意义了。当初AMD推出BT更大的考量其实不是性能提升而是通过加大缓存在消费者普遍的“大就是好”的心理层面上提升CPU的等级而对抗缓存绝对值比其大很多的P4（部分1M缓存的P4容量是XP的4倍）。
至于缓存的价值论坛上另外一张帖子上已经讨论的很清楚了：不同的架构对缓存有不同的要求，简单的比较不同架构下的缓存的绝对值大小是没有意义的。

作者: xinxinhaoma 时间: 2007-3-29 19:25
其实对于INTLE和AMD来说，当然缓存越小越好，CPU的核心面积，就缓存占得大多数。缓存越小，成本越低。

作者: ldh76 时间: 2007-3-29 19:29
对于AMD来说，2级缓存实际没必要多大的。
就拿65nm和90nm的3600+来说，65nm的2级缓存增加到512x2，性能却下降了。

作者: longing20032000 时间: 2007-3-30 09:22

原帖由 youlonghui 于 2007-3-29 19:29 发表
对于AMD来说，2级缓存实际没必要多大的。
就拿65nm和90nm的3600+来说，65nm的2级缓存增加到512x2，性能却下降了。

这和AMD的缓存设计策略有关。
对于Intel 二级缓存就对于新酷睿，2M，4M，到以后可能的6M，在大规模运算，多任务处理的情况下，肯定是越大越好了。

作者: nixiaoling 时间: 2007-3-30 09:25
有时不光看CPU的二级缓存的,还有其他的因素.

作者: zgn 时间: 2007-3-30 09:40

原帖由 lgqiu1983 于 2007-3-30 09:25 发表
有时不光看CPU的二级缓存的,还有其他的因素.

这个其他因素就太广了，架构，制造工艺，封装技术与针脚数（于主板接口兼容性），功率控制技术，多媒体指令，总线技术，CPU的一些特有技术（Intel的超线程，vPro,VT,EMT64等以及AMD的AMD64，HT，集成内存控制器，Pacific等），一般用户也不用考虑这么多的。

作者: hahawa 时间: 2007-3-30 11:35

原帖由 HuaErZ 于 2007-3-30 09:40 发表

这个其他因素就太广了，架构，制造工艺，封装技术与针脚数（于主板接口兼容性），功率控制技术，多媒体指令，总线技术，CPU的一些特有技术（Intel的超线程，vPro,VT,EMT64等以及AMD的AMD64，HT，集成内存控制 ...

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