Cache L1, L2 et L3 : Quelle est la différence ?

By Matthieu CHARRIER

Toutes les puces informatiques modernes utilisent un système de mémoire cache à plusieurs niveaux. Les données peuvent être temporairement stockées et consultées sur la puce. Il est essentiel de comprendre la différence entre les caches L1, L2 et L3 si vous souhaitez tirer le meilleur parti d’une nouvelle unité centrale.

Qu’est-ce que la mémoire cache de l’unité centrale ?

La mémoire cache de l’unité centrale peut être décrite comme un type de stockage temporaire de données sur le processeur. La mémoire cache augmente l’efficacité du processeur car elle contient de petites données qui sont fréquemment demandées. La mémoire cache comprend différents niveaux de stockage de données. Ces niveaux peuvent être appelés L1, L2, L3, L4, ou parfois L4, en fonction de leur emplacement, de leur vitesse et de leur taille.

Il est important d’examiner l’histoire des processeurs et de la RAM afin de comprendre la raison pour laquelle l’unité centrale possède sa propre mémoire cache. La différence de vitesse entre les processeurs et la mémoire vive des premiers ordinateurs était faible. Dans les premiers ordinateurs, on ne s’inquiétait guère du fait que la mémoire puisse ralentir le traitement. Lorsque la vitesse de fonctionnement des processeurs centraux a augmenté plus rapidement que celle de la mémoire vive, il est devenu nécessaire de réduire l’écart. La mémoire cache s’est avérée être la solution.

La mémoire cache est physiquement proche des cœurs du processeur et extrêmement rapide. Les processeurs rapides peuvent éviter d’être ralentis lorsqu’ils doivent demander des données à la mémoire système plus lente. Au lieu de cela, les données sont disponibles dans la mémoire cache.

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La mémoire SRAM coûte plus cher que la mémoire DRAM. La mémoire cache d’un ordinateur est minuscule et se mesure plutôt en mégaoctets.

La mémoire cache est différente des autres caches que vous pouvez trouver dans votre PC. Bien que le terme « cache », en tant que terme général, puisse faire référence à un certain nombre de types de mémoire de stockage temporaire utilisés pour améliorer l’efficacité des logiciels et du matériel en général, la mémoire cache est propre aux processeurs.

Qu’est-ce que la mémoire cache L1 ?

La mémoire cache L1 peut également être appelée mémoire cache primaire. Il s’agit de la mémoire la plus basse et la plus rapide. Chaque cœur de l’unité centrale possède sa mémoire cache L1 intégrée, soit un total de 256 Ko.

Si vous examinez les détails de la mémoire à l’aide d’un outil tel que « CPU-Z », vous constaterez que la mémoire L1 est divisée en L1 -I (instructions) et L1 -D (données). Le cache d’instructions L1 est responsable des informations destinées au processeur. En revanche, le cache de données est l’endroit où les informations sont écrites dans la mémoire principale.

Visualisation du cache L1 à l’aide de CPU-Z

Il peut être aussi efficace, voire plus rapide, que la vitesse maximale de fonctionnement du processeur. Si le processeur ne parvient pas à localiser les données nécessaires dans le cache L1, il les cherchera dans les caches L2 et L3.

Qu’est-ce que la mémoire cache L2 ?

Il s’agit d’une mémoire cache secondaire intégrée dans chaque cœur d’une unité centrale. Elle dispose de plus de mémoire que la mémoire L1, mais fonctionne plus lentement.

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Certains processeurs haut de gamme ont jusqu’à 32 Mo de cache L2, mais 6 à 12 Mo sont probablement la moyenne. Cette mémoire cache est répartie de manière égale entre tous les cœurs.

Qu’est-ce que le cache L3 ?

Il n’est pas intégré au cœur de chaque processeur, mais agit comme un stockage partagé auquel tous les processeurs peuvent accéder. Bien qu’il soit plus lent que les caches L1 et L2 – peut-être deux fois plus lent que la RAM – le cache de niveau 3 est toujours le plus grand niveau de mémoire.

Si le processeur ne trouve pas les données nécessaires dans la mémoire cache, il doit les demander à la mémoire principale, plus lente. C’est ce qu’on appelle une erreur. La mémoire cache L3 a permis de réduire le risque de raté et donc d’améliorer les performances.

La mémoire cache L3 a été initialement développée sous la forme d’une puce séparée située sur la carte mère. La mémoire cache L3 est intégrée dans les processeurs modernes presque exclusivement pour améliorer l’efficacité.

Quelle est la différence entre les caches L1, L2 et L3 ?

Les trois principales différences sont la vitesse, la taille et l’emplacement.

Le cache L1 a une capacité de stockage limitée mais peut être jusqu’à 100 fois plus rapide que la RAM. Chaque processeur dispose d’une mémoire cache L1, généralement d’environ 64 Ko.

La mémoire cache L2 peut être plus grande que L1 et seulement 25 fois plus rapide que la RAM. La mémoire cache L2 est également un cache dont dispose chaque cœur de processeur. Les caches sont généralement de 256 à 512 Ko chacun, et parfois même de 1 Mo.

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La mémoire cache L3 peut avoir la plus grande capacité de stockage, jusqu’à 32 Mo. Cependant, il n’est pas toujours deux fois plus rapide. La mémoire cache L3 est généralement intégrée dans le processeur. Il est séparé des cœurs.

La mémoire cache peut-elle être supprimée ?

Il est possible de supprimer des mémoires caches telles que la mémoire cache du système et la mémoire cache du navigateur, mais pas la mémoire cache de l’unité centrale. La SRAM est également une mémoire volatile et, comme la DRAM, elle ne peut pas être stockée pendant une longue période. Tout ce qui se trouve dans la mémoire cache disparaît dès que vous éteignez l’ordinateur.

Quelle quantité de mémoire est suffisante pour ma mémoire cache ?

Comme pour les autres types de mémoire, la taille de la mémoire cache d’une unité centrale est directement liée à ses performances. Comme il n’est pas possible d’améliorer la mémoire cache, il est essentiel de choisir un processeur doté d’une mémoire suffisante. Cela dépend de l’utilisation que vous ferez de votre ordinateur. Ne vous focalisez donc pas sur une seule caractéristique de l’unité centrale. Les performances du processeur peuvent également être affectées par d’autres facteurs tels que la vitesse d’horloge et le nombre de cœurs ou de threads.

Il est recommandé de régler le cache L1 à 64 Ko/cœur. Divisez le total par le nombre de cœurs de l’unité centrale pour déterminer cette valeur. La taille du cache L2 par cœur peut être de 256 Ko, mais les joueurs souhaitent 512 Ko. Une taille de cache L3 comprise entre 32 et 96 Mo devrait convenir à la plupart des utilisateurs.

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