Почему у нас нет кешей L5?
Вы не задавались на первый взгляд тривиальным вопросом: почему в процессоре есть уровни кэша, если можно было бы взять один большой? Ответ на этот вопрос тесно переплетается с физикой полупроводников, историей архитектуры процессоров и тем, как компиляторы научились использовать иерархию памяти.Первое, что нужно понять: процессор не является абстрактным вычислителем, а вполне себе реальный кусок кремния размером примерно с ноготь большого пальца, на котором размещены миллиарды транзисторов и когда мы говорим «данные передаются из памяти в регистр», то мы буквально имеем в виду, что электрический сигнал проходит по металлическому проводнику длиной в несколько миллиметров или сантиметров. И это тоже расстояние, пусть и ничтожное по человеческим меркам, но при тактовой частоте 3–4 ГГц оно уже имеет значение, просто потому что за один такт электрон в идеальных условиях будет проходить всего 10 сантиметров, а в металлическом проводнике на кристалле и того меньше. Другими словами, путь электрона по проводу между двумя точками на чипе не будет мгновенной телепортацией данных, потому что это физическая среда с задержкой, сопротивлением и энергопотреблением, пропорциональным длине, и именно это физическое ограничение делает один большой кэш невозможным, и чем дальше от ядра лежит ячейка памяти, тем дольше нужно ждать ответа. Читать далее