认清处理器的二级缓存

心碎乌托邦

Intel Core 2 Duo E6320 (三年盒)……二级缓存容量：4MB
AMD Athlon64 X2 6000+ AM2(盒)……二级缓存容量：2×1MB 。
为什么价格差不多，Intel CPU的二级缓存总是比AMD的大上不少？
   
    上文两种CPU二级缓存的容量更是整整相差了1倍！你一定也曾经有这样的疑问。难道真的是Intel比AMD“更厚道”？下面就让我们引出今天的主角：CPU中的二级缓存。
   
    缓存:CPU寻找数据的“快捷方式”.简单的说，缓存是数据由内存通往CPU的桥梁。它的速度比内存快得多，但是容量也比内存小的多。同时缓存依据读取速度和容量进一步分为一级和二级。在CPU需要数据的时候，遵循一级缓存→二级缓存→内存的顺序，从而尽量提高读取速度。这样“缓存+内存”的系统就同时兼具了速度和容量的优点。

    我们可以打个比方，假设CPU是一名“老师”，她现在的任务就是要尽快在一幢“教学楼”(内存)中找到众多“学生”(数据)中的一个。当她可能要找的“学生”(数据)都提前被安排进一间“教室”(一级缓存)中的时候，CPU“老师”找起来自然就快多了。如果很不幸“教室”(一级缓存)中找不到那名“学生” (数据)，她会再去“小礼堂”(二级缓存)中找找看，都找不到的话，最后再去硕大的“教学楼”(内存)中慢慢搜索。

    AMD和Intel：巨大差异皆因设计不同

    提到二级缓存容量的差距，还得从两大CPU巨头对一级缓存的理解说起。对，没看错，就是平常曝光率远逊于二级缓存的“一级缓存”!它才是造成上面提到巨大差异的“罪魁祸首”。

    现今的CPU中，Intel对一级缓存的理解是“数据代码指令追踪缓存”，即是说一级缓存中存储的其实只是二级缓存中数据和指令的地址，而不是这些数据和指令的复制。我们还用上面的比喻形象说明一下，Intel老师在“教室”(一级缓存)中并不会看到任何一名学生，而只有一张写着“学生名字”和“所在座位号”的座次表 (数据地址)。Intel老师会在拿了座次表之后，去那间“小礼堂”(二级缓存)中按照“座位号”寻找那名“学生”(数据)。在这样的架构下，Intel 老师自然需要更大的“礼堂”来按顺序坐下更多地学生。也就是说，二级缓存的容量相当程度上影响了Intel CPU的性能。
   
    相比之下，AMD对一级缓存的定位是“实数据读写缓存”，即二级缓存中的一部分数据都要在一定的规则下搬到一级缓存中。对于前面的比方，AMD老师在“教室”中总能看到刚刚从“礼堂”(二级缓存)那边赶来的“学生”(数据)。这样子的结构下，AMD老师也就不需要太大的“礼堂”来坐下更多地“学生”了。二级缓存的容量自然对AMD CPU的整体性能影响小些。相对的，AMD则总是试图把一级缓存这间“教室”扩建的更大些。

    不仅在一级缓存的工作方式上有区别，而且AMD的CPU在一级缓存的大小上还占有优势，以AMD Athlon64 X2 6000+ AM2(盒)为例，两个内核各配备64KB数据高速缓存、64KB指令高速缓存。而价格稍高的Intel Core 2 Duo E6320 (三年盒)，两个内核各配备32KB数据高速缓存、32KB指令高速缓存。
   
    当然，上面只是Intel的AMD的CPU二级缓存巨大差异的主要原因。事实上CPU对二级缓存容量的“敏感”与否还受到诸如内存控制器，流水线长度、频率、总线架构和指令集等等多方面的影响。在多核CPU中还关乎各个物理内核之间的数据交换问题（简单的说就是两位“老师”能不能查找同一间“礼堂”）。

    在多核心CPU中，对二级缓存的利用效率有高有低。简单的说，Intel新一代Core架构二级缓存的利用最为优秀，AMD的Athlon X2系列次之，较老的Pentium D（Pentium EE）系列最差。

    越大越好？够用就好！

    几年时间里，二级缓存从小小的64KB一举增长到了8MB，整整128倍！越来越大的二级缓存是不是真的换来了CPU性能同样“突飞猛进”发展？还是只不过是Intel和AMD联手玩的数字游戏？

    其实，二级缓存容量对性能的影响是渐渐减弱的，当二级缓存从没有增长到128KB时，带来的性能提升可能是直线上升的。但是当它从2MB增长到4MB的时候，可能使用者甚至感觉不到性能的提升。这是因为在当前CPU所处理数据的过程中，几乎无时不刻需要用到128KB以下的缓存，但是需要用到1MB以上缓存的时候很少（2%左右）。因此虽然二级缓存越涨越大，实际上对CPU性能的影响却是越来越小的。像文章开头的两款CPU，二级缓存巨大的差异并不会最终表现在CPU速度上。
    看到这里，大家应该明白AMD和Intel两种CPU二级缓存方面巨大差异的原因了吧。正是这样的原因，对于不同架构的CPU，二级缓存的容量绝对不是判断优劣的标准！如果下次再有JS想用二级缓存的大小忽悠你，理直气壮的告诉他真相吧！！

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