La cache di livello 3 o L3 è una memoria specializzata che lavora di pari passo con la cache L1 e L2 per migliorare le prestazioni del computer. Le cache L1, L2 e L3 sono cache dell’unità di elaborazione del computer (CPU), rispetto ad altri tipi di cache nel sistema come la cache del disco rigido. La cache della CPU soddisfa le esigenze del microprocessore anticipando le richieste di dati in modo che le istruzioni di elaborazione siano fornite senza indugio. La cache della CPU è più veloce della memoria ad accesso casuale (RAM) ed è progettata per prevenire colli di bottiglia nelle prestazioni.
Quando viene effettuata una richiesta del sistema, la CPU richiede istruzioni per l’esecuzione di tale richiesta. La CPU funziona molte volte più velocemente della RAM di sistema, quindi per ridurre i ritardi, la cache L1 ha bit di dati pronti che prevede saranno necessari. La cache L1 è molto piccola, il che le consente di essere molto veloce. Se le istruzioni non sono presenti nella cache L1, la CPU controlla L2, un pool di cache leggermente più grande, con una latenza un po’ più lunga. Con ogni mancanza di cache si guarda al livello successivo di cache. La cache L3 può essere molto più grande di L1 e L2, e anche se è anche più lenta, è comunque molto più veloce del recupero dalla RAM.
Supponendo che le istruzioni necessarie si trovino nella cache L3 (un hit della cache), i bit di dati potrebbero essere eliminati dalla cache L1 per conservare le nuove istruzioni nel caso in cui siano nuovamente necessarie. La cache L3 può quindi rimuovere quella riga di istruzioni poiché ora risiede in un’altra cache (denominata cache esclusiva) oppure potrebbe rimanere bloccata su una copia (denominata cache inclusiva), a seconda del design della CPU.
Ad esempio, nel novembre 2008 AMD® ha rilasciato il suo chip Shanghai quad-core. Ogni core ha le proprie cache L1 e L2, ma i core condividono una cache L3 comune. L3 conserva copie degli elementi richiesti nel caso in cui un core diverso faccia una richiesta successiva.
L’architettura per la cache multilivello continua ad evolversi. La cache L1 era esterna alla CPU, integrata nella scheda madre, ma ora entrambe le cache L1 e L2 sono comunemente incorporate nel die della CPU. La cache L3 è stata in genere integrata nella scheda madre, ma alcuni modelli di CPU incorporano già la cache L3. Il vantaggio di avere una cache integrata è che è più veloce, più efficiente e meno costoso rispetto all’inserimento di una cache separata sulla scheda madre.
Il recupero delle istruzioni dalla cache è più veloce rispetto all’utilizzo della RAM di sistema e un buon design della cache migliora notevolmente le prestazioni del sistema. Il design e la strategia della cache saranno diversi su varie schede madri e CPU, ma a parità di condizioni, più cache è meglio.