L1、L2和L3缓存如何影响CPU性能？

购买新 CPU 时，您可能会遇到许多不同的 CPU 规格，例如内核、时钟速度、TDP 和制造工艺。CPU 硬件的另一个重要方面是缓存，它负责通过将频繁访问的数据存储在 CPU 本身上来提高 CPU 性能。

CPU 缓存是为了满足 20 世纪 80 年代处理器速度超过系统内存 (RAM) 速度的需求而开发的。与早期的计算机相比，当今的 CPU 具有大量缓存，这是现代计算运行的关键因素。让我们了解 CPU 缓存的层次结构以及它如何影响 CPU 性能。

为什么 CPU 需要这三种？

在 20 世纪 80 年代之前，CPU 和 RAM 的速度都足够低，因此后者减慢前者的速度并不是一个大问题。然而，RAM 速度无法跟上 CPU 速度，因此需要一种新型的更快的内存。这导致了 CPU 缓存内存的发展。这种板载内存比系统内存快得多（实际上快 10 到 100 倍左右），处理器不再需要等待从相对较慢的 RAM 中获取数据。

现在，CPU 缓存内存并不同质——它有三种（有时是四种）变体，即 L1、L2 和 L3。这三种变体之间的主要差异在于速度、容量和成本。虽然 L1 或主缓存最靠近单个 CPU 核心，但 L2 缓存距离稍远，而 L3 缓存距离核心最远。

L1 缓存是 CPU 核心上速度最快但最小的内存缓冲区，通常以千字节为单位。L1 缓存存储 CPU 在完成某些操作时最有可能需要的数据。它比系统内存快 100 倍左右，是 CPU 获取所需数据的第一个地方。它进一步分为指令缓存和数据缓存。顾名思义，指令缓存存储有关要执行的操作的信息，而数据缓存存储要执行操作的数据。

每个 CPU 核心都有自己的 L2 缓存，就像 L1 缓存一样。在现代 CPU 上，L2 缓存以兆字节为单位，比 L1 缓存慢，但仍比系统内存 (RAM) 快 25 倍左右。L2 缓存几乎总是大于 L1 缓存，在大多数现代 CPU 上通常约为 6MB-12MB。

最后，L3 缓存，即最后一级缓存，是 CPU 可用的最慢但最大的内存缓冲区（但仍然比 RAM 快 10 倍）。与 L1 和 L2 缓存不同，L3 缓存由 CPU 的所有核心共享。在大多数现代 CPU 上，您通常会看到大约 24MB-36MB 的 L3 缓存，而 AMD 的 Ryzen X3D 处理器可以配备高达 128MB 的3D V-Cache（一种 L3 缓存）。

计算机上各种内存之间的数据流如下：主存储器、系统内存 (RAM)、L3 缓存、L2 缓存、L1 缓存。当 CPU 需要访问数据以执行某项操作时，它会从可用的最快内存（L1 缓存）开始。如果在 L1 缓存中找不到数据，则会继续访问 L2 缓存，然后是 L3 缓存。

如果 CPU 在三个缓存中的任何一个中找到所需数据，则称为缓存命中。如果没有找到，而是转向系统内存，则称为缓存未命中。当然，理想的情况是 CPU 总是在 L1 缓存中找到它要查找的内容。但是，即使 L2 和 L3 缓存也比 RAM 快得多，不会给用户带来任何明显的延迟。

CPU 内存缓存旨在通过提供对越来越快的内存缓存形式的访问来减少系统延迟。随着 DDR5 RAM 的进步，RAM 速度越来越快，整体系统延迟正在下降，但 CPU 上的板载缓存仍然是整个方程式中的关键因素。

你应该对此着迷吗？

几乎所有现代 CPU 都具有足够的 L1、L2 和 L3 缓存，可用于日常操作。此外，CPU 缓存并不是决定 CPU 性能的唯一因素。但是，如果您追求最佳游戏性能并且不想做出任何妥协，那么缓存就变得比以往任何时候都重要。得益于 AMD 的 Ryzen X3D CPU，L3 缓存在游戏性能中的重要性已成为热门话题。

AMD 处理器（例如 Ryzen 7 5800X3D、Ryzen 7 7800X3D和Ryzen 7 9800X3D等）具有大量快速 L3 缓存，可使它们达到非 X3D CPU 无法达到的 FPS 数字。这就是这些处理器成为迄今为止最好的游戏 CPU 的原因。因此，简而言之，即使没有 AMD X3D CPU，您的游戏 PC 也能完美运行，但如果您能得到一个，您就不会后悔，前提是您不是生产力狂。