A implementação do cache de L2 na habitação de um processador varia significativamente, dependendo da arquitetura e geração específicas do processador. No entanto, alguns princípios e abordagens comuns se aplicam:
Implementação física: *
SRAM (memória de acesso aleatório estático): O cache L2 é quase sempre implementado usando o SRAM. O SRAM é mais rápido que o DRAM (memória de acesso aleatório dinâmico) usado para a memória principal, mas também é mais caro e consome mais energia por bit. A vantagem da velocidade é crucial para o objetivo do cache:acesso rápido a dados usados com frequência.
*
Integração do morto: Os processadores modernos geralmente integram o cache L2 diretamente no mesmo silício que os núcleos do processador. Isso minimiza a latência devido à comunicação fora do chip. Os projetos anteriores às vezes usavam chips separados para o cache L2, conectado através de um barramento de alta velocidade, resultando em maior latência.
*
Organização: O cache L2 é organizado como uma matriz de memória multi-portada, permitindo que vários núcleos ou unidades de execução o acessam simultaneamente. A organização exata (por exemplo, número de portas, estrutura bancária) é específica da arquitetura, projetada para otimizar a taxa de transferência e minimizar a contenção.
*
Interconexão: O cache L2 se comunica com os núcleos do processador e outros componentes (por exemplo, cache L1, controlador de memória) por meio de uma rede de interconexão de morte. Essa rede pode ser um barramento simples ou uma arquitetura de malha ou anel mais complexa, visando alta largura de banda e baixa latência.
*
Controlador de cache: Um controlador de cache dedicado gerencia o cache L2. Ele lida com políticas de substituição da linha de cache (por exemplo, LRU, FIFO), alocação de dados e comunicação com os núcleos do processador e a memória principal. O design do controlador afeta significativamente o desempenho.
Variações arquitetônicas: *
compartilhado vs. L2 dedicado: Algumas arquiteturas empregam um cache L2 compartilhado acessível por todos os núcleos do processador, enquanto outros usam caches L2 dedicados para núcleos individuais. Um L2 compartilhado geralmente simplifica o design, mas pode introduzir contenção; O L2 dedicado melhora o desempenho por núcleo, mas aumenta a complexidade.
* Tamanho e associatividade do cache: O tamanho e a associatividade do cache L2 são parâmetros críticos que influenciam o desempenho e o custo. Os caches maiores geralmente melhoram as taxas de acertos, mas consomem mais área e energia. A associativa mais alta reduz as falta, mas aumenta a complexidade.
*
Políticas de inclusão/exclusão: Nas hierarquias de cache de vários níveis (L1, L2, L3), a propriedade de inclusão (o cache L1 é um subconjunto de cache L2) simplifica os protocolos de coerência, mas reduz a flexibilidade. As políticas de exclusão oferecem mais flexibilidade, mas requerem protocolos de coerência mais complexos.
Em suma, o cache L2 é uma peça sofisticada de hardware intrincadamente integrado ao design do processador. Sua implementação física envolve SRAM de alta velocidade, interconexão otimizada e gerenciamento inteligente de cache. Os detalhes específicos são altamente dependentes das metas de design do processador (desempenho, consumo de energia, custo) e da microarquitetura subjacente.
