Com produtos como o Ryzen 7 5800X3D ganhando a coroa como o melhor CPU para jogos, você provavelmente está se perguntando o que é o cache da CPU e por que é tão importante em primeiro lugar. Já sabemos que os próximos processadores Ryzen 7000 da AMD e os processadores Raptor Lake de 13ª geração da Intel se concentrarão em mais cache, sinalizando que essa será uma especificação crítica no futuro.
Mas você deve se preocupar com o cache da CPU? Vamos detalhar o que é o cache da CPU, por que é tão importante e como pode fazer uma enorme diferença se você estiver jogando.
O que é cache da CPU?
Cache é a quantidade de memória que está dentro da própria CPU, integrada em núcleos individuais ou compartilhada entre alguns ou todos os núcleos. É um pequeno pedaço de memória dedicada que vive diretamente no processador para que sua CPU não precise buscar informações da RAM do sistema toda vez que você quiser fazer algo em seu PC. Cada processador tem uma pequena quantidade de cache, com CPUs menores recebendo talvez apenas alguns kilobytes, enquanto CPUs grandes podem ter muitos megabytes de cache.
Mas você pode estar se perguntando por que o cache é necessário quando temos RAM, especialmente quando um único pente de RAM pode ter vários gigabytes de memória. É tudo uma questão de desempenho. Na década de 1990, o ritmo de melhorias de desempenho entre CPUs e RAM começou a se tornar aparente. Afinal, os designers de CPU estavam focados em aumentar a velocidade, enquanto os designers de RAM queriam aumentar a capacidade e negligenciar a velocidade. Para os projetistas de CPU, isso era um problema porque a velocidade da RAM é um fator crucial no desempenho da CPU para muitos aplicativos, e quanto maior a lacuna CPU-RAM, mais difícil seria melhorar o desempenho.
Cache foi a solução. Embora o cache tenha pouca capacidade em comparação com a RAM, sua alta velocidade compensa na maioria dos casos. O cache não é perfeito, no entanto. Sua principal fraqueza é o tamanho; cache é fisicamente grande pelo pouco que pode armazenar. O cache também é resiliente à redução de nós, portanto, enquanto os núcleos e outros componentes em uma CPU podem diminuir com bastante facilidade de uma geração para outra, o cache diminui muito menos. Isso torna o cache um componente muito caro de uma CPU, que é uma das principais razões pelas quais o cache geralmente tem uma quantidade tão pequena de armazenamento.
Como funciona o cache?
A adoção principal do cache resultou em implementações mais diferenciadas de cache e RAM até que chegamos à hierarquia de memória, com cache no topo, RAM no meio e armazenamento na parte inferior. Essa abordagem em camadas permite que os dados críticos da CPU estejam fisicamente mais próximos do processador, reduzindo a latência e ajudando seu PC a ficar ágil.
O cache tem sua própria hierarquia, ou níveis de cache, que são divididos em cache L1, L2 e L3. Esses são todos os tipos de cache, mas executam funções ligeiramente diferentes.
A cache L1 é o primeiro nível de cache e também o menor, geralmente dividido em instrução L1 ou L1i e dados L1 ou L1d. Cada núcleo dentro de uma CPU tem seu bloco exclusivo de cache L1, que geralmente tem apenas alguns kilobytes de tamanho. O tipo de dados armazenados no cache L1 são coisas que a CPU acabou de usar ou espera usar em breve. Se a CPU precisar de dados que não estão no cache L1, ela vai para o próximo nível: L2.
Como o cache L1, o cache L2 geralmente é exclusivo de um único núcleo de CPU, mas em algumas CPUs é compartilhado entre vários núcleos. Também é muito, muito maior; por exemplo, cada P-core no Core i9-12900K tem 80 kilobytes de cache L1, bem como 1,25 megabytes de cache L2, quase 16 vezes mais. No entanto, caches maiores têm maior latência, o que significa que leva mais tempo para que a comunicação ocorra entre o núcleo da CPU e o cache. Quando as CPUs querem realizar coisas em questão de microssegundos ou mesmo nanossegundos, a latência um pouco mais alta do cache L2 importa. Se uma CPU não encontrar os dados solicitados no cache L2, ela pergunta ao próximo nível: L3.
O cache L3 é um grande negócio: é compartilhado entre alguns ou todos os núcleos de uma CPU e é grande. O 12900K tem 30 MB de cache L3, por exemplo, 24 vezes a quantidade de cache L2. A latência do cache L3 é ainda pior do que o L2, mas ter um cache L3 grande é muito importante para evitar que a CPU precise solicitar os dados necessários à RAM. Exceto pelo armazenamento, a RAM tem a pior velocidade e latência na hierarquia de memória e, sempre que a CPU precisa acessar a RAM para os dados necessários, as coisas param. Idealmente, qualquer coisa importante será armazenada pelo menos no cache L3 para evitar uma desaceleração maciça.
Algumas CPUs até têm cache L4, mas geralmente funciona como RAM que está no pacote da CPU. Algumas das primeiras CPUs de 14 nm da Intel baseadas na arquitetura Broadwell incluíam 128 MB de DRAM incorporada, e as próximas CPUs de servidor Sapphire Rapids da empresa podem vir com HBM2, que é usado como um nível extra de cache.
O cache da CPU é importante para jogos?
O cache da CPU faz uma grande diferença para os jogos. Embora o desempenho single-thread, as instruções por clock (IPC) e a velocidade do clock sejam tradicionalmente considerados os fatores mais importantes no desempenho de jogos, ficou muito claro que o cache é provavelmente o fator mais importante de todos na rivalidade entre AMD e Intel.
O cache é tão importante para jogos por causa de como os jogos são projetados hoje. Os jogos modernos têm muita aleatoriedade, o que significa que a CPU precisa constantemente executar instruções simples. Sem cache suficiente, sua placa gráfica é forçada a esperar em sua CPU enquanto as instruções se acumulam e causam um gargalo. Você pode ver um exemplo de quanta diferença faz com a tecnologia 3D V-Cache da AMD em Far Cry 6 abaixo de.
Vimos uma tendência de mais cache para jogos nos últimos anos. As CPUs Ryzen 3000 da AMD tinham o dobro de cache L3 que a geração anterior e eram muito mais rápidas para jogos, quase alcançando a Intel. Quando o Ryzen 5000 foi lançado, a AMD não adicionou mais cache, mas unificou os dois blocos de cache L3 dentro da CPU, o que reduziu bastante a latência e colocou a AMD na liderança em desempenho de jogos. A AMD dobrou com sua tecnologia 3D V-Cache no Ryzen 7 5800X3D, que empilha um chip de 64 MB de cache L3 em cima da CPU para um total de 96 MB, mais do que o carro-chefe Ryzen 9 5950X.
A Intel vem acompanhando a AMD, e suas CPUs Alder Lake de geração atual têm até 30 MB de cache L3, o que é significativamente menor do que a maioria das CPUs Ryzen, mas também têm muito mais cache L1 e L2. No entanto, a desvantagem da Intel na capacidade L3 não significa que as CPUs Ryzen 5000 sejam muito mais rápidas para jogos. Em nossa análise do Core i9-12900K, descobrimos que o 12900K estava empatado com o Ryzen 9 5950X para desempenho em jogos.
A corrida pelo cache quase certamente continuará com as próximas CPUs Ryzen 7000 e Raptor Lake. Está confirmado que o Ryzen 7000 tem o dobro do cache L2 do Ryzen 5000, e provavelmente veremos mais CPUs usando V-Cache. Enquanto isso, a Intel não tem sua própria versão do V-Cache, mas há rumores de que Raptor Lake tem muito mais cache L3 do que Alder Lake, apenas na própria CPU.
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