تحتل معالجات AMD 7800X3D و7950X3D المركز الأول في وحدات المعالجة المركزية للألعاب، ليس لأنها تحتوي على أكبر عدد من النوى أو أعلى سرعات على مدار الساعة، ولكن لأنها تحتوي على أكبر قدر من ذاكرة التخزين المؤقت. ولكن ما هي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية، على أي حال؟ إنها كمية صغيرة من الذاكرة فائقة السرعة والتي يمكن الوصول إليها بسرعة مدمجة في الشريحة نفسها، مما يساعدها في الحصول على البيانات التي تحتاجها للعمليات بسرعة فائقة.
ومع ذلك، فإن العائدات ليست خطية – هناك سبب لعدم احتواء الطراز 7950X3D على ذاكرة تخزين مؤقت إضافية على جميع مراكزه. في الواقع، هناك بعض الجوانب السلبية لوجود الكثير من ذاكرة التخزين المؤقت الإضافية للعمل بها، حتى لو كان ذلك يساعد في تحسين أداء الألعاب. إليك كل ما تحتاج لمعرفته حول ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية.
ما هي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟
ذاكرة التخزين المؤقت هي مقدار الذاكرة الموجودة داخل وحدة المعالجة المركزية نفسها، إما مدمجة في النوى الفردية أو مشتركة بين بعض النوى أو جميعها. إنها عبارة عن جزء صغير من الذاكرة المخصصة التي تعيش مباشرة على المعالج بحيث لا تحتاج وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك إلى جلب المعلومات من ذاكرة الوصول العشوائي للنظام في كل مرة تريد فيها القيام بشيء ما على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يحتوي كل معالج على كمية صغيرة من ذاكرة التخزين المؤقت، حيث قد تحصل وحدات المعالجة المركزية الأصغر حجمًا على بضعة كيلو بايت فقط بينما يمكن أن تحتوي وحدات المعالجة المركزية الكبيرة على ذاكرة تخزين مؤقت تبلغ قيمتها عدة ميغابايت.
احصل على تحليلك الأسبوعي للتقنية الكامنة وراء ألعاب الكمبيوتر
ولكن لماذا تعد ذاكرة التخزين المؤقت ضرورية إذا كان لدينا بالفعل تخزين SSD سريع وذاكرة وصول عشوائي أسرع؟ الأمر كله يتعلق بالأداء. في التسعينيات، لم تكن سرعة ذاكرة الوصول العشوائي متوافقة مع احتياجات وحدة المعالجة المركزية، مما يمثل مشكلة لمصممي وحدة المعالجة المركزية. كان الحل هو إضافة ذاكرة تخزين مؤقت محلية إلى الرقائق نفسها.
على الرغم من أن سعة ذاكرة التخزين المؤقت محدودة مقارنة بذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، إلا أن سرعتها العالية تعوض عنها. الجانب السلبي الوحيد هو أن تجميع الذاكرة في شريحة صغيرة أمر مكلف، لذلك لا يتم استخدامها عادةً بكميات أكبر. ومع ذلك، باستخدام 3D V-Cache، وجدت AMD طريقة لجعلها تعمل، والآن لدينا شرائح ألعاب ذات أداء أعلى لنظهرها.
كيف تعمل ذاكرة التخزين المؤقت؟ وأوضح L1، L2، L3
أدى الاعتماد السائد لذاكرة التخزين المؤقت إلى تطبيقات أكثر دقة لذاكرة التخزين المؤقت وذاكرة الوصول العشوائي حتى انتهى بنا الأمر إلى التسلسل الهرمي للذاكرة، مع ذاكرة التخزين المؤقت في الأعلى، وذاكرة الوصول العشوائي في المنتصف، والتخزين في الأسفل. يسمح هذا النهج المتدرج بأن تكون البيانات الهامة لوحدة المعالجة المركزية أقرب فعليًا إلى المعالج، مما يقلل من زمن الوصول ويساعد جهاز الكمبيوتر الخاص بك على الشعور بالسرعة.
تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على تسلسل هرمي خاص بها، أو مستويات ذاكرة التخزين المؤقت، والتي يتم تقسيمها إلى ذاكرة تخزين مؤقت L1 وL2 وL3. هذه كلها أنواع من ذاكرة التخزين المؤقت، لكنها تؤدي وظائف مختلفة قليلاً.
ذاكرة التخزين المؤقت L1 هي المستوى الأول من ذاكرة التخزين المؤقت وأيضًا الأصغر، وتنقسم عادةً إلى تعليمات L1 أو بيانات L1i وL1 أو L1d. يحتوي كل نواة داخل وحدة المعالجة المركزية على قطعة حصرية من ذاكرة التخزين المؤقت L1، والتي يبلغ حجمها عادةً بضعة كيلو بايت فقط. نوع البيانات المخزنة في ذاكرة التخزين المؤقت L1 هي الأشياء التي استخدمتها وحدة المعالجة المركزية للتو أو تتوقع استخدامها قريبًا. إذا كانت وحدة المعالجة المركزية تحتاج إلى بيانات غير موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت L1، فستنتقل إلى المستوى التالي: L2.
مثل ذاكرة التخزين المؤقت L1، غالبًا ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت L2 حصرية لنواة وحدة المعالجة المركزية (CPU) واحدة، ولكن في بعض وحدات المعالجة المركزية (CPU)، يتم مشاركتها بين مراكز متعددة. كما أنها أكبر بكثير؛ على سبيل المثال، يحتوي كل نواة P في Core i9-12900K على 80 كيلو بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L1، بالإضافة إلى 1.25 ميجا بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2، أي ما يقرب من 16 ضعفًا. ومع ذلك، تتمتع ذاكرة التخزين المؤقت الأكبر حجمًا بزمن وصول أعلى، مما يعني أن الاتصال يستغرق وقتًا أطول بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة التخزين المؤقت. عندما تريد وحدات المعالجة المركزية (CPUs) إنجاز الأشياء في غضون ميكروثانية أو حتى نانو ثانية، فإن زمن الوصول العالي قليلاً لذاكرة التخزين المؤقت L2 يكون مهمًا. إذا لم تتمكن وحدة المعالجة المركزية من العثور على البيانات المطلوبة داخل ذاكرة التخزين المؤقت L2، فإنها تطلب المستوى التالي: L3.
تعد ذاكرة التخزين المؤقت L3 أمرًا مهمًا: فهي مشتركة بين بعض أو كل النوى داخل وحدة المعالجة المركزية، وهي كبيرة الحجم. على سبيل المثال، يحتوي الطراز 7950X3D على ذاكرة تخزين مؤقت L3 بسعة 128 ميجابايت مع ذاكرة تخزين مؤقت ثلاثية الأبعاد مثبتة بمسامير، في حين أنه فقط لديه 16 ميغابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2. يعد زمن الوصول لذاكرة التخزين المؤقت L3 أسوأ من L2، ولكن وجود ذاكرة تخزين مؤقت L3 كبيرة يعد أمرًا مهمًا حقًا لمنع وحدة المعالجة المركزية من الحاجة إلى طلب البيانات المطلوبة من ذاكرة الوصول العشوائي. باستثناء التخزين، تتمتع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بأسوأ سرعة ووقت استجابة في التسلسل الهرمي للذاكرة، وعندما تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) للبيانات المطلوبة، يمكن أن تتوقف الأمور.
تحتوي بعض وحدات المعالجة المركزية (CPU) أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقت L4، ولكنها عادةً ما تعمل كذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الموجودة في حزمة وحدة المعالجة المركزية. تضمنت بعض وحدات المعالجة المركزية الأولى من Intel مقاس 14 نانومتر والمبنية على بنية Broadwell 128 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المضمنة، ويمكن أن تأتي وحدات المعالجة المركزية لخادم Sapphire Rapids الخاصة بالشركة مع HBM2، والذي يُستخدم نوعًا ما كمستوى إضافي من ذاكرة التخزين المؤقت.
هل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية مهمة للألعاب؟
تُحدث ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية فرقًا كبيرًا في الألعاب. على الرغم من أن الأداء أحادي الخيط والتعليمات لكل ساعة (IPC) وسرعة الساعة يُقال تقليديًا أنها أهم العوامل في أداء الألعاب، فقد أصبح من الواضح جدًا أن ذاكرة التخزين المؤقت ربما تكون العامل الأكثر أهمية على الإطلاق في التنافس بين AMD و شركة انتل.
تعد ذاكرة التخزين المؤقت مهمة جدًا للألعاب نظرًا لكيفية تصميم الألعاب اليوم. تتمتع الألعاب الحديثة بالكثير من العشوائية، مما يعني أن وحدة المعالجة المركزية تحتاج باستمرار إلى تنفيذ تعليمات بسيطة. بدون ذاكرة تخزين مؤقت كافية، تضطر بطاقة الرسومات الخاصة بك إلى الانتظار على وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك حيث تتراكم التعليمات وتتسبب في حدوث اختناق. يمكنك الاطلاع على مثال لمدى الفارق الذي تحدثه تقنية AMD's 3D V-Cache في الرسم البياني لأداء وحدة المعالجة المركزية في الألعاب أدناه.
لقد شهدنا اتجاهًا نحو المزيد من ذاكرة التخزين المؤقت للألعاب في السنوات الأخيرة. تعمل AMD على زيادة كميات ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية الخاصة بها لسنوات، وتضاعفت باستخدام تقنية 3D V-Cache على Ryzen 7 5800X3D وخلفائها في جيل Ryzen 7000
لقد كانت Intel تحاول اللحاق بـ AMD، وأحدث جيل من وحدات المعالجة المركزية (CPU) لديها ذاكرة تخزين مؤقت أكبر من أي وقت مضى، مما يساعدها على البقاء قادرة على المنافسة في الألعاب. ويبدو من المحتمل أن تستمر كميات ذاكرة التخزين المؤقت في الارتفاع في السنوات القادمة، مما يزيد من حدود أداء الألعاب.