Die L2 -Cache -Implementierung innerhalb des Gehäuses eines Prozessors hängt von der spezifischen Prozessorarchitektur und -generation erheblich ab. Einige gemeinsame Prinzipien und Ansätze gelten jedoch:
Physikalische Implementierung:
* sram (statische Zufallszugriffsgedächtnis): L2 Cache wird fast immer mit SRAM implementiert. SRAM ist schneller als DRAM (Dynamic Random-Access-Speicher), das für den Hauptspeicher verwendet wird, aber es ist auch teurer und verbraucht mehr Leistung pro Bit. Der Geschwindigkeitsvorteil ist für den Zweck des Cache von entscheidender Bedeutung:schneller Zugriff auf häufig verwendete Daten.
* On-Die-Integration: Moderne Prozessoren integrieren typischerweise den L2 -Cache direkt in denselben Siliziumstempel wie die Prozessorkerne. Dies minimiert die Latenz aufgrund der Off-Chip-Kommunikation. Frühere Konstruktionen verwendeten manchmal separate Chips für L2-Cache, die über einen Hochgeschwindigkeitsbus verbunden waren, was zu einer höheren Latenz führte.
* Organisation: Der L2-Cache ist als mehrportierter Speicherarray organisiert, sodass mehrere Kerne oder Ausführungseinheiten gleichzeitig darauf zugreifen können. Die genaue Organisation (z. B. Anzahl der Häfen, Bankstruktur) ist architekturspezifisch, um den Durchsatz zu optimieren und die Behauptung zu minimieren.
* Interconnect: Der L2-Cache kommuniziert über ein On-Die-Interconnect-Netzwerk mit den Prozessorkernen und anderen Komponenten (z. B. L1-Cache, Speichercontroller). Dieses Netzwerk ist möglicherweise ein einfacher Bus oder ein komplexeres Netz- oder Ringarchitektur, der eine hohe Bandbreite und eine geringe Latenz anstrebt.
* Cache -Controller: Ein dedizierter Cache -Controller verwaltet den L2 -Cache. Es übernimmt die Richtlinien für Cache -Linienersatz -Richtlinien (z. B. LRU, FIFO), Datenallokation und Kommunikation mit den Prozessorkernen und dem Hauptspeicher. Das Design des Controllers wirkt sich erheblich auf die Leistung aus.
architektonische Variationen:
* geteilt gegen dedizierte L2: Einige Architekturen verwenden einen gemeinsamen L2 -Cache, der von allen Kernen des Prozessors zugänglich ist, während andere dedizierte L2 -Caches für einzelne Kerne verwenden. Ein gemeinsamer L2 vereinfacht das Design im Allgemeinen, kann jedoch Streitigkeiten einführen. Dedized L2 verbessert die Leistung pro Kern, erhöht jedoch die Komplexität.
* Cache -Größe und -Assoziativität: Die Größe und Assoziativität des L2 -Cache sind kritische Parameter, die die Leistung und die Kosten beeinflussen. Größere Caches verbessern im Allgemeinen die Trefferraten, verbrauchen jedoch mehr Fläche und Strom. Eine höhere Assoziativität reduziert Konfliktfehlungen, erhöht jedoch die Komplexität.
* Einschluss-/Ausschlussrichtlinien: In Multi-Level-Cache-Hierarchien (L1, L2, L3) vereinfacht die Einschlusseigenschaft (L1-Cache ist eine Untergruppe von L2-Cache) Kohärenzprotokolle, verringert jedoch die Flexibilität. Ausschlussrichtlinien bieten mehr Flexibilität, erfordern jedoch komplexere Kohärenzprotokolle.
Kurz gesagt, der L2 -Cache ist ein hoch entwickeltes Stück Hardware, das in das Design des Prozessors integriert ist. Die physische Implementierung umfasst Hochgeschwindigkeits-SRAM, optimierte Verbindungsverbindung und intelligentes Cache-Management. Die spezifischen Details hängen stark von den Entwurfszielen des Prozessors (Leistung, Stromverbrauch, Kosten) und der zugrunde liegenden Mikroarchitektur ab.
