2023 CPU 선택 캐시 메모리 작동 방식과 L1, L2 및 L3 캐시란?

2023년 CPU 선택에 있어 알면 좋은 캐시 캐시란 무슨 일을 할까요?

 

L1, L2 및 L3 캐시가 있는 이유는 무엇일까요?

수년동안 컴퓨터 프로세서가 상당히 발전했습니다. 트랜지스터는 매년 작아지고, 무어의 법칙이 불필요해지는 지점에 도달하고 있습니다.

프로세서는 트랜지스터와 클럭수 뿐만 아니라 캐시도 매우 중요합니다.

CPU(중앙 처리 장치)에 대해 논의할 때 캐시 메모리에 대해 들어본 적이 있을 수 있습니다. 그러나 이러한 CPU 캐시 메모리 L1, L2 등의 수에 관심을 가지면 CPU 선택에 도움이 될것입니다.

그렇다면 CPU 캐시의 정확히 중요성과 작동 방식은 무엇일까요?

 

CPU 캐시 메모리란

간단히 말해서, CPU 메모리 캐시는 매우 빠른 유형의 메모리입니다. 컴퓨팅 초기에는 프로세서 속도와 메모리 속도는 낮았습니다. 그러나 1980년대에 들어 프로세서 속도가 급격히 증가하기 시작했습니다. 당시 시스템 메모리(RAM)는 증가하는 CPU 속도를 처리하거나 맞출 수 없었기 때문에 새로운 유형의 초고속 메모리인 CPU 캐시 메모리가 탄생했습니다.

컴퓨터 내부에 여러 종류의 메모리가 있습니다.

하드 디스크 또는 SSD와 같은 기본 스토리지는 운영 체제 및 프로그램과 같은 대부분의 데이터를 저장하는 것은 모두 알고 있을 것입니다.

다음으로, 일반적으로 RAM으로 알려진 "랜덤 액세스 메모리"가 있습니다. 이는 Primary 스토리지보다 훨씬 빠르지만 단기 스토리지 매체에 불과합니다. 컴퓨터와 해당 프로그램은 RAM을 사용하여 자주 액세스하는 데이터를 저장하여 컴퓨터의 작업을 빠르고 원활하게 유지할 수 있도록 도와줍니다.

마지막으로, CPU는 CPU 메모리 캐시로 알려진 그 자체로 훨씬 더 빠른 메모리 유닛을 가지고 있습니다.

컴퓨터 메모리는 작동 속도에 따라 계층 구조를 가집니다. CPU 캐시는 이 계층의 맨 위에 있으며 가장 빠릅니다. 또한 중앙 처리가 발생하는 위치와 가장 가깝기 때문에 CPU 자체의 일부입니다. Tech Target에 따르면, "캐시 메모리는 RAM보다 10배에서 100배 더 빠르게 작동하므로 CPU 요청에 응답하는 데 몇 나노초밖에 걸리지 않습니다."

캐시 메모리는 SRAM(Static RAM)의 한 형태이지만 일반 시스템 RAM은 DRAM(Dynamic RAM)으로 알려져 있습니다. SRAM을 캐시 메모리에 이상적으로 만드는 DRAM과 달리 정적 RAM은 지속적으로 새로 고칠 필요 없이 데이터를 저장할 수 있습니다.

 

CPU 캐시의 작동 방식

컴퓨터의 프로그램과 앱은 CPU가 해석하고 실행하는 명령 집합으로 설계되었습니다. 프로그램을 실행하면 기본 스토리지(하드 드라이브)에서 CPU로 지침이 전달됩니다. 이것이 메모리 계층 구조가 작동하는 부분입니다.

데이터는 먼저 RAM에 로드된 후 CPU로 전송됩니다. CPU는 초당 엄청난 수의 명령을 수행할 수 있습니다. 전력을 최대한 활용하려면 CPU 캐시가 필요한 초고속 메모리에 액세스해야 합니다.

메모리 컨트롤러는 RAM에서 데이터를 가져와 CPU 캐시로 보냅니다. CPU에 따라 컨트롤러는 CPU 또는 마더보드의 Northbridge 칩셋에 있습니다.

그런 다음 메모리 캐시는 CPU 내의 데이터를 앞뒤로 처리합니다. 메모리 계층은 CPU 캐시 내에도 존재합니다.

CPU 캐시 메모리의 수준은 L1, L2 및 L3입니다 CPU 캐시 메모리는 L1, L2 및 L3의 세 가지 "레벨"로 나뉩니다. 메모리 계층은 다시 속도와 캐시 크기에 따라 달라집니다.

그렇다면 CPU 캐시 크기가 성능에 영향을 미칠까요?

 

L1 캐시

L1(레벨 1) 캐시는 컴퓨터 시스템에 있는 가장 빠른 메모리입니다. 액세스 우선 순위 측면에서 L1 캐시는 특정 작업을 완료하는 동안 CPU에 가장 필요할 가능성이 높은 데이터를 가지고 있습니다.

L1 캐시의 크기는 CPU에 따라 다릅니다. 현재 일부 최상위 소비자 CPU는 Intel i9-9980XE와 같이 1MB L1 캐시를 갖추고 있지만, 이들은 비용이 많이 들고 아직 그 사이가 멀었습니다. Intel의 Xeon 제품군과 같은 일부 서버 칩셋은 1-2MB L1 메모리 캐시도 갖추고 있습니다.

"표준" L1 캐시 크기가 없으므로 구입하기 전에 CPU 사양을 확인하여 정확한 L1 메모리 캐시 크기를 확인해야 합니다.

L1 캐시는 일반적으로 명령 캐시와 데이터 캐시의 두 섹션으로 나뉩니다. 명령 캐시는 CPU가 수행해야 하는 작업에 대한 정보를 처리하는 반면, 데이터 캐시는 작업을 수행할 데이터를 보관합니다.

 

L2 캐시

L2(레벨 2) 캐시는 L1 캐시보다 느리지만 크기는 큽니다. L1 캐시가 킬로바이트 단위로 측정될 수 있는 반면, 현대의 L2 메모리 캐시는 메가바이트 단위로 측정됩니다. 예를 들어, AMD의 높은 등급의 Ryzen 55600X에는 384KB L1 캐시와 3MB L2 캐시(32MB L3 캐시)가 있습니다.

 

L3 캐시

L3(레벨 3) 캐시로 이동합니다. 초기에는 L3 메모리 캐시가 실제로 마더보드에서 발견되었습니다. 이것은 대부분의 CPU가 단일 코어 프로세서에 불과했던 아주 오래 전의 일입니다. 이제 CPU의 L3 캐시는 최대 32MB의 L3 캐시를 지원하는 최고급 소비자용 CPU와 AMD의 혁신적인 Ryzen 75800X3D CPU에 96MB의 L3 캐시가 함께 제공됩니다. 일부 서버 CPU L3 캐시는 이 값을 초과할 수 있으며 최대 128MB를 지원합니다.

L3 캐시는 가장 크지만 가장 느린 캐시 메모리 장치입니다. 최신 CPU는 CPU 자체에 L3 캐시를 포함합니다. 그러나 L1 및 L2 캐시는 칩 자체의 각 코어에 대해 존재하지만, L3 캐시는 전체 칩이 사용할 수 있는 일반 메모리 풀과 더 유사합니다.

다음 이미지는 2012년에 출시된 Intel Core i5-3570K CPU와 8년 후인 2020년에 출시된 AMD Ryzen 5800X CPU의 CPU 메모리 캐시 수준을 보여줍니다. CPU 캐시 데이터는 두 번째 이미지의 오른쪽 하단 모서리에 있습니다.

 

cpuz 캐시

L1 캐시가 두 개로 나뉘는 반면 L2와 L3는 두 CPU에서 각각 더 큽니다. 그러나 AMD Ryzen 5800X에서 L3 캐시는 Intel i5-3570K보다 5배 이상 큽니다.

CPU 캐시 메모리가 얼마나 필요할까?

좋은 질문이네요. 많은 것이 당신이 기대하는 것처럼 더 좋습니다. 최신 CPU는 당연히 이전 세대보다 더 많은 CPU 캐시 메모리를 포함할 것이며, 잠재적으로 더 빠른 캐시 메모리도 포함할 것입니다. 한 가지 방법은 CPU를 효과적으로 비교하는 방법을 배우는 것입니다. 다양한 정보가 제공되며, 다양한 CPU를 비교하고 대조하는 방법을 학습하면 올바른 구매 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있습니다.

캐시 메모리 설계는 특히 메모리가 저렴하고, 빠르고, 밀도가 높아짐에 따라 항상 발전하고 있습니다. 예를 들어, AMD의 가장 최근 혁신 기술 중 하나는 성능을 향상시키는 Smart Access Memory와 Infinity Cache입니다.

 

CPU 메모리 캐시 간 데이터 이동 방법

중요한 질문은 CPU 캐시 메모리의 작동 방식

가장 기본적인 용어로, 데이터는 RAM에서 L3 캐시, L2, 마지막으로 L1로 흐릅니다. 프로세서는 작업을 수행하기 위해 데이터를 찾을 때 먼저 L1 캐시에서 데이터를 찾으려고 합니다. CPU가 이 조건을 찾으면 캐시 적중이라고 합니다. 그런 다음 L2에서 찾은 다음 L3에서 찾습니다.

CPU가 메모리 캐시에서 데이터를 찾지 못하면 시스템 메모리(RAM)에서 액세스를 시도합니다. 이 경우 캐시 누락이라고 합니다.

아시다시피 캐시는 메인 메모리와 CPU 간의 정보 전달 속도를 높이도록 설계되었습니다. 메모리에서 데이터에 액세스하는 데 필요한 시간을 "지연"이라고 합니다 L1 캐시 메모리의 지연 시간이 가장 짧으며, 코어에 가장 가깝고, L3의 지연 시간이 가장 높습니다. CPU가 시스템 메모리에서 데이터를 검색해야 하므로 캐시 누락이 있을 때 메모리 캐시 지연 시간이 증가합니다.

 

컴퓨터의 속도와 효율성이 향상됨에 따라 대기 시간이 계속 줄어듭니다. 대기 시간이 짧은 DDR4 및 DDR5 RAM과 초고속 SSD는 대기 시간을 줄여 전체 시스템을 그 어느 때보다 빠르게 만듭니다. 이 경우 시스템 메모리의 속도도 중요합니다.

 

CPU 캐시 속도에 대해

CPU 캐시 크기와 속도는 컴퓨터의 전반적인 작동에 중요합니다. 컴퓨터 하드웨어와 관련된 대부분의 문제와 마찬가지로 더 많은 것이 더 좋고 더 빠른 것이 항상 현명한 선택입니다.