L-Cache คืออะไร
คำเต็ม: Level Cache (เช่น Level 1 Cache, Level 2 Cache)
L-Cache หรือ CPU Cache คือหน่วยความจำขนาดเล็กแต่มีความเร็วสูงมากที่ถูกสร้างไว้ภายในตัวชิป CPU หรืออยู่ใกล้กับ CPU มากที่สุด ทำหน้าที่เป็นที่พักข้อมูลหรือชุดคำสั่งที่ CPU ต้องใช้งานบ่อยๆ เพื่อลดระยะเวลาที่ CPU ต้องเสียไปกับการวิ่งไปดึงข้อมูลจากหน่วยความจำหลัก (RAM) ที่ทำงานได้ช้ากว่ามาก
โดย L-Cache จะแบ่งออกเป็นลำดับชั้น (Level) ตามความเร็วและระยะห่างจากแกนประมวลผล:
- L1 Cache (Level 1): เป็นแคชที่อยู่ใกล้และเร็วที่สุด แต่มีขนาดเล็กที่สุด (หลักกิโลไบต์ – KB) โดยจะถูกแบ่งเป็น 2 ส่วนคือ Instruction Cache (เก็บคำสั่ง) และ Data Cache (เก็บข้อมูล) L1 เป็นเหมือนโต๊ะทำงานของ CPU ที่วางเครื่องมือที่ต้องใช้ทันทีไว้ใกล้มือที่สุด
- L2 Cache (Level 2): มีขนาดใหญ่กว่า L1 แต่ก็ช้ากว่าเล็กน้อย ทำหน้าที่เป็นที่พักข้อมูลสำรอง หาก CPU หาข้อมูลที่ต้องการใน L1 ไม่เจอ ก็จะมาหาที่ L2 ต่อไป เปรียบเสมือนลิ้นชักที่โต๊ะทำงาน
- L3 Cache (Level 3): มีขนาดใหญ่ที่สุดในบรรดาแคชทั้งสาม (หลักเมกะไบต์ – MB) แต่ก็มีความเร็วช้าที่สุด (แต่ยังเร็วกว่า RAM หลายเท่า) ทำหน้าที่เป็นแคชส่วนกลางที่ทุกคอร์ใน CPU สามารถใช้งานร่วมกันได้ เปรียบเสมือนตู้เก็บของในห้องทำงานที่ทุกคนมาหยิบใช้ได้
หน้าที่สำคัญ: หัวใจหลักของ L-Cache คือการ ลดปัญหาคอขวดระหว่าง CPU กับ RAM เนื่องจาก CPU สมัยใหม่ทำงานได้เร็วมาก ในขณะที่ RAM มีความเร็วในการตอบสนองช้ากว่าหลายเท่า หากไม่มี Cache, CPU จะต้องเสียเวลานั่งรอข้อมูลจาก RAM ตลอดเวลา ทำให้ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ L-Cache จึงทำหน้าที่ “คาดเดา” และเก็บข้อมูลที่คาดว่า CPU จะต้องใช้ในลำดับถัดไปมาเตรียมไว้ล่วงหน้า
- ถ้า CPU หาข้อมูลที่ต้องการใน Cache เจอ จะเรียกว่า “Cache Hit” ซึ่งทำให้การประมวลผลเป็นไปอย่างรวดเร็ว
- ถ้าหาไม่เจอ จะเรียกว่า “Cache Miss” ทำให้ CPU ต้องวิ่งไปดึงข้อมูลจาก RAM ที่ช้ากว่า
เกร็ดน่ารู้:
- Cache ไม่ใช่ RAM: แม้จะทำหน้าที่เก็บข้อมูลเหมือนกัน แต่ L-Cache เป็นหน่วยความจำชนิด SRAM (Static RAM) ที่ทำงานได้เร็วกว่าและมีราคาสูงกว่า DRAM (Dynamic RAM) ที่เราใช้เป็นหน่วยความจำหลักอย่างมาก จึงไม่สามารถทำให้มีขนาดใหญ่เท่า RAM ได้
- สำคัญต่อการเล่นเกม: ขนาดของ L3 Cache มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพในการเล่นเกม เนื่องจากเกมมีข้อมูลและคำสั่งที่ซับซ้อนซึ่งถูกเรียกใช้ตลอดเวลา CPU ที่มี L3 Cache ขนาดใหญ่จะสามารถเก็บข้อมูลเกมได้มากขึ้น ลดอาการ “Cache Miss” ทำให้เฟรมเรต (FPS) ของเกมนิ่งและสูงขึ้น
- 3D V-Cache ของ AMD: คือนวัตกรรมการนำ L3 Cache มาวางซ้อนกันในแนวตั้ง (3D) ทำให้สามารถเพิ่มขนาด L3 Cache ได้มหาศาลโดยใช้พื้นที่บนชิปเท่าเดิม ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเล่นเกมได้อย่างก้าวกระโดด
คำศัทพ์ที่เกี่ยวข้อง:
- CPU Core (คอร์): แกนประมวลผลหลักของ CPU
- RAM (Random Access Memory): หน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์ที่ทำงานช้ากว่า L-Cache
- Cache Hit: สถานการณ์ที่ CPU พบข้อมูลที่ต้องการในหน่วยความจำ Cache
- Cache Miss: สถานการณ์ที่ CPU ไม่พบข้อมูลที่ต้องการใน Cache และต้องไปดึงจาก RAM แทน
- Latency: ความหน่วงหรือระยะเวลาที่ใช้ในการเข้าถึงข้อมูล ยิ่ง Latency ต่ำยิ่งดี (L1 มี Latency ต่ำที่สุด)
- SRAM (Static RAM): เทคโนโลยีของหน่วยความจำที่ใช้ทำ Cache มีความเร็วสูงและไม่ต้องรีเฟรชข้อมูลตลอดเวลา
- DRAM (Dynamic RAM): เทคโนโลยีของหน่วยความจำที่ใช้ทำ RAM ต้องมีการรีเฟรชข้อมูลอยู่เสมอ ทำให้ช้ากว่า SRAM
อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง:
- CPU (Central Processing Unit): อุปกรณ์หลักที่มี L-Cache อยู่ภายใน
- GPU (Graphics Processing Unit): การ์ดจอก็มี Cache ในลักษณะเดียวกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลกราฟิก
- SoC (System on a Chip): ชิปประมวลผลในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ก็มีโครงสร้าง L-Cache เช่นกัน