La caché de nivel 3 o L3 es una memoria especializada que trabaja de la mano con la caché L1 y L2 para mejorar el rendimiento de la computadora. La caché L1, L2 y L3 son cachés de la unidad de procesamiento de la computadora (CPU), frente a otros tipos de cachés en el sistema, como la caché del disco duro. La memoria caché de la CPU satisface las necesidades del microprocesador al anticipar las solicitudes de datos para que las instrucciones de procesamiento se proporcionen sin demora. La memoria caché de la CPU es más rápida que la memoria de acceso aleatorio (RAM) y está diseñada para evitar cuellos de botella en el rendimiento.
Cuando se realiza una solicitud del sistema, la CPU requiere instrucciones para ejecutar esa solicitud. La CPU funciona muchas veces más rápido que la RAM del sistema, por lo que para reducir los retrasos, la caché L1 tiene bits de datos listos que anticipa que serán necesarios. La caché L1 es muy pequeña, lo que permite que sea muy rápida. Si las instrucciones no están presentes en la caché L1, la CPU verifica L2, un grupo de caché un poco más grande, con una latencia un poco más larga. Con cada falta de caché, mira al siguiente nivel de caché. La caché L3 puede ser mucho más grande que L1 y L2, y aunque también es más lenta, sigue siendo mucho más rápida que la obtención de la RAM.
Suponiendo que las instrucciones necesarias se encuentran en la caché L3 (un acierto de la caché), los bits de datos pueden ser desalojados de la caché L1 para contener las nuevas instrucciones en caso de que sean necesarias nuevamente. La caché L3 puede eliminar esa línea de instrucciones, ya que ahora reside en otra caché (denominada caché exclusiva), o puede quedarse con una copia (denominada caché inclusiva), según el diseño de la CPU.
Por ejemplo, en noviembre de 2008 AMD® lanzó su chip Shanghai de cuatro núcleos. Cada núcleo tiene sus propios cachés L1 y L2, pero los núcleos comparten un caché L3 común. L3 guarda copias de los elementos solicitados en caso de que un núcleo diferente realice una solicitud posterior.
La arquitectura de la caché de varios niveles sigue evolucionando. La caché L1 solía ser externa a la CPU, integrada en la placa base, pero ahora las cachés L1 y L2 se incorporan comúnmente en la matriz de la CPU. Por lo general, la memoria caché L3 se ha integrado en la placa base, pero algunos modelos de CPU ya incorporan la memoria caché L3. La ventaja de tener un caché integrado es que es más rápido, más eficiente y menos costoso que colocar un caché separado en la placa base.
Obtener instrucciones de la caché es más rápido que llamar a la RAM del sistema, y un buen diseño de caché mejora enormemente el rendimiento del sistema. El diseño y la estrategia de la caché serán diferentes en varias placas base y CPU, pero en igualdad de condiciones, más caché es mejor.