AMD的3D V-Cache技術(shù)讓游戲玩家非常興奮，這也讓人們?cè)僖淮握J(rèn)識(shí)到了高速緩存對(duì)于CPU的重要性。那么，緩存對(duì)CPU的意義究竟有多大呢？

CPU為什么要緩存？

現(xiàn)在的CPU無(wú)一例外都具備多級(jí)緩存，那么為什么CPU需要緩存呢？其實(shí)很久以前，PC使用的處理器如80286是沒(méi)有緩存的，CPU和內(nèi)存的頻率速度都很慢，速度都是同頻率的，所以CPU直接訪問(wèn)內(nèi)存就夠了——到了80386的時(shí)候，芯片組開(kāi)始提供了緩存（這時(shí)候CPU自己不帶緩存）設(shè)計(jì)，有些主板會(huì)提供一個(gè)64KB的緩存（甚至128KB）來(lái)“打輔助”，原因就是CPU頻率開(kāi)始快速提高，內(nèi)存頻率跟不上了。

隨著CPU頻率的快速攀升，內(nèi)存明顯跟不上了——跟得上頻率的內(nèi)存價(jià)格突破天際。這樣頻率之間的落差讓CPU和內(nèi)存的溝通不再“同頻”，緩存的作用越發(fā)重要，它可以作為一個(gè)速度緩沖的水池，平衡CPU和內(nèi)存之間頻率不相等帶來(lái)的速度差。而且，內(nèi)存容量的快速增長(zhǎng)又帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題：它需要更復(fù)雜的控制電路來(lái)尋址內(nèi)存位置。說(shuō)白一點(diǎn)，當(dāng)亂序讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)的時(shí)候，內(nèi)存的響應(yīng)時(shí)間將變得更不可測(cè)，顯然這是CPU“等不起”的，CPU就只能浪費(fèi)指令周期，進(jìn)行無(wú)謂的等待。

所以，即便是外置緩存也不夠看，因此片上（CPU內(nèi)）一級(jí)緩存誕生了、隨后二級(jí)緩存也加入了，這就像水壩的作用一樣，上游的水要階梯式儲(chǔ)運(yùn)。當(dāng)然，關(guān)于一二級(jí)緩存的差異（包括數(shù)據(jù)+指令緩存的區(qū)分）還有很多技術(shù)細(xì)節(jié)，這里就不展開(kāi)講了。

多級(jí)緩存、尤其是三級(jí)緩存究竟有什么最直觀的作用呢？對(duì)于消費(fèi)級(jí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)（個(gè)人終端），密集計(jì)算幾乎是碰不到的事情（CPU長(zhǎng)期100%占用率計(jì)算），因此緩存的延遲高或低將發(fā)揮更關(guān)鍵的作用。比如說(shuō)游戲，如果CPU三級(jí)緩存擁有更低的延遲，意味著渲染幀可以更快速的傳輸?shù)紾PU進(jìn)行處理，游戲幀率自然會(huì)明顯提升。所以，這也是為什么當(dāng)初AMD推出銳龍7 5800X3D的跟本原因（雖然對(duì)AMD而言也是個(gè)意外發(fā)現(xiàn)）。

三級(jí)緩存不夠了？

那么，現(xiàn)在的三級(jí)緩存結(jié)構(gòu)是不是就夠用了呢？答案是也不是。

在多核心時(shí)代，三級(jí)緩存的必要性大幅增加，它是為了協(xié)調(diào)不同核心中的兩級(jí)緩存數(shù)據(jù)，充當(dāng)他們的緩沖區(qū)（一、二級(jí)緩存命中率約80%，總命中率約為96%）。因此，你可以看到，三級(jí)緩存的容量在隨著核心數(shù)量的增加而增加。

AMD的3D V-Cache技術(shù)本質(zhì)上還是三級(jí)緩存，但不同于傳統(tǒng)三級(jí)緩存，它是一個(gè)“外掛”，通過(guò)垂直堆疊的方式“安裝”到CPU的晶體之內(nèi)，簡(jiǎn)單說(shuō)，它是應(yīng)對(duì)AMD獨(dú)特的CCD結(jié)構(gòu)+大容量低成本三級(jí)緩存的一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。畢竟，緩存占用面積十分巨大，在寸土寸金的CPU晶體內(nèi)，緩存甚至比核心本身都來(lái)得大，AMD這樣的設(shè)計(jì)明顯更為靈活，成本也更加可控。

那么，四級(jí)緩存還有必要嗎？可以說(shuō)，Intel和AMD選擇了不同的路徑去解決這個(gè)問(wèn)題——目前的信息顯示，Intel將在第十四代酷睿處理器Meteor Lake中置入四級(jí)緩存設(shè)計(jì)：Intel給這種四級(jí)緩存取了個(gè)代號(hào)開(kāi)發(fā)代號(hào)“Adamantine”(艾德曼合金)，并稱之為“封裝內(nèi)緩存”(on-package cache)，意味著它并沒(méi)有集成在CPU核心內(nèi)部，而是與之共同封裝（有沒(méi)有熟悉的味道？）Intel指出，四級(jí)緩存的訪問(wèn)時(shí)間大大小于內(nèi)存，可用來(lái)改善主CPU與安全控制器之間的通信效率，大幅提高游戲性能。同時(shí)，它可以和BIOS UEFI配合，優(yōu)化啟動(dòng)流程，縮短開(kāi)機(jī)時(shí)間。

目前，還沒(méi)有進(jìn)一步的消息顯示，但是根據(jù)以往的認(rèn)知，Intel有可能使用的是eDRAM而非SRAM來(lái)充當(dāng)四級(jí)緩存——有機(jī)會(huì)我們單講二者的區(qū)別，簡(jiǎn)單說(shuō)成本上eDRAM更便宜，絕對(duì)性能上SRAM明顯更好，但是面積大且價(jià)格昂貴。

為什么要說(shuō)以往的認(rèn)知呢？在2013年，Intel推出了Haswell架構(gòu)處理器，其核顯就采用了eDRAM顯存——在必要的時(shí)候eDRAM顯存將充當(dāng)四級(jí)緩存。當(dāng)然，在實(shí)際的使用中，這個(gè)四級(jí)緩存設(shè)計(jì)并沒(méi)有特別的性能提升。顯然，在Meteor Lake上，即便使用的還是eDRAM緩存，其設(shè)計(jì)必然會(huì)與Haswell架構(gòu)有巨大的差異。

其實(shí)無(wú)論是AMD的3D V-Cache技術(shù)（目前已經(jīng)第二代，銳龍7 7800X3D）還是即將出現(xiàn)的Intel四級(jí)緩存設(shè)計(jì)，無(wú)非解決的還是數(shù)據(jù)緩存的問(wèn)題，技術(shù)路線的差異變得更加有趣了。不過(guò)有一點(diǎn)是明確的，下半年的次世代CPU性能之爭(zhēng)，游戲玩家可以樂(lè)上一陣子了！