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AMD和英特尔竞争的焦点 CPU缓存为何对游戏如此重要?

时间:2024-04-28 16:05:45 小新新
【科技】AMD的7800X3D和7950X3D处理器在游戏CPU中很强,并非因为它们核心数最多或运行速度最快,而是因为它们拥有极为丰富的缓存资源。但究竟何为CP

  【科技】AMD的7800X3D和7950X3D处理器在游戏CPU中很强,并非因为它们核心数最多或运行速度最快,而是因为它们拥有极为丰富的缓存资源。但究竟何为CPU缓存呢?简单来说,它是在处理器内部集成的一小块超高速内存,专门设计来让芯片能以极高的效率抓取运算所需数据,就像是为CPU量身定做的瞬时提速仓库。

AMD和英特尔竞争的焦点 CPU缓存为何对游戏如此重要?

  不过,缓存的增益并非无止境——7950X3D并未在所有核心上盲目堆砌额外缓存,这背后自有道理。实际上,虽然更大的缓存确实在一定程度上推升了游戏性能,但也伴随着一些不利因素。想要深入了解CPU缓存的奥秘及其对性能影响的全貌,以下内容你不可错过。

什么是CPU缓存?

  缓存,就是CPU内置的一块小内存,它可以内置在单个处理器核心中,也能被部分或全部核心共同使用。这块内存就安家在处理器上,离得近,作用大,确保CPU执行任务时,不必每次都跑到系统RAM那里取数据。不同处理器的缓存容量各异,小的可能几千字节,大的则能达数兆字节。

AMD和英特尔竞争的焦点 CPU缓存为何对游戏如此重要?

  话说回来,我们现在手握高速SSD和更快的RAM,为何缓存还有用武之地?关键还是为了提速。早在1990年代,RAM的速度就跟不上CPU的需求脚步,成了CPU设计的一道坎。于是,聪明的设计者们在芯片内部加入了缓存,作为“贴身侍卫”。

  虽说缓存容量比RAM小得多,但它胜在速度快,补上了这个短板。只不过,把内存集成到小小的芯片上成本不菲,所以通常不会做得太大。AMD通过3D V-Cache技术打破了这个局限,成功提升了缓存的效益,如今我们见证了一系列高性能游戏芯片的诞生,这就是技术进步带来的直观体现。

缓存如何工作?

  随着缓存的普及,它与RAM的运用变得更为精细,催生了内存层次结构的概念:缓存位于顶端,RAM居中,而存储则在最底层。这样的层级安排让CPU常用数据得以靠近处理器,从而缩短了等待时间,让电脑运行起来更敏捷。

  缓存自身也分层次,主要有L1、L2和L3三级。它们同为缓存,却各司其职。

  L1缓存作为最贴近CPU的第一层,同时也是最小的,分为L1指令缓存(L1i)和L1数据缓存(L1d)。每个CPU核心都有专属的L1缓存,容量仅数千字节,主要存放CPU最近使用或将要用到的数据。一旦所需数据不在L1中,CPU就会转向L2查询。

AMD和英特尔竞争的焦点 CPU缓存为何对游戏如此重要?

  L2缓存虽然也常与单个核心绑定,但在某些CPU中会被多个核心共享。它的容量远大于L1,比如酷睿i9-12900K的每个P核心配有80KB的L1缓存和1.25MB的L2缓存,后者几乎是前者的16倍。但伴随容量增加,访问延迟也会增长,意味着核心与L2间的信息交换耗时更长。考虑到CPU处理任务需争分夺秒,L2的这点延迟不容忽视。若L2也未能命中目标数据,CPU便会求助于L3。

  L3缓存则是大家伙,跨核心共享,容量庞大。比如7950X3D拥有128MB的L3缓存加上附加的3D V-Cache,而L2仅为16MB。L3的延迟比L2更高,但其重要作用在于减少CPU直接向RAM索取数据的频率。毕竟,相较于其他内存层次,RAM的速度和延迟表现较差,CPU每回访RAM都会造成一定的效率损失。

  部分CPU还配备了L4缓存,它通常作为CPU封装上的辅助RAM存在,比如早期基于Broadwell架构的Intel 14nm CPU内置了128MB嵌入式DRAM,而后续的Sapphire Rapids服务器CPU则可能配备HBM2,这在某种程度上也可视为另一级缓存的延伸。

CPU缓存对游戏重要吗?

  CPU缓存对游戏体验有着不小的影响。尽管过去人们普遍认为单线程性能、每周期执行指令数(IPC)和运行频率是决定游戏性能的最关键因素,但现在看来,缓存大小或许才是AMD和英特尔在竞争中争夺的焦点。

  在如今游戏设计的背景下,缓存显得尤为重要。现在的游戏充满变数,频繁要求CPU处理简单的指令集。如果缓存不够用,显卡就得“干等”CPU,因为积压的指令会导致处理瓶颈,拖慢整体速度。AMD的3D V-Cache技术在这方面带来的提升,在游戏CPU性能对比图表中体现得尤为明显,你可以直观看到这项技术带来的显著差异。

AMD和英特尔竞争的焦点 CPU缓存为何对游戏如此重要?

  近年来,游戏对缓存的依赖趋势愈发明显。AMD早就意识到了这一点,多年来不断提升其CPU产品的缓存容量,并在Ryzen 7 5800X3D及后续的Ryzen 7000系列中,通过3D V-Cache技术进一步扩大了这一优势。

  英特尔也不甘落后,其最新的CPU系列配备了史上最多的缓存,以确保在游戏性能上能与AMD一较高下。未来,随着缓存容量的持续增加,游戏性能的界限有望被不断突破。