Qu’est-ce que le cache du processeur et pourquoi est-il si important pour les jeux ?
Les 7800X3D et 7950X3D d'AMD occupent la première place des processeurs pour les jeux , non pas parce qu'ils ont le plus de cœurs ou les vitesses d'horloge les plus élevées, mais parce qu'ils ont le plus de cache. Mais qu’est-ce que le cache du processeur, au fait ? Il s'agit d'une petite quantité de mémoire ultra-rapide à accès rapide intégrée à la puce elle-même, l'aidant à obtenir les données dont elle a besoin pour les opérations à une vitesse fulgurante.
Les retours ne sont cependant pas linéaires : il y a une raison pour laquelle le 7950X3D ne dispose pas de cache supplémentaire sur tous ses cœurs. En fait, disposer de beaucoup de cache supplémentaire présente certains inconvénients, même si cela contribue à améliorer les performances de jeu. Voici tout ce que vous devez savoir sur le cache du processeur.
Qu’est-ce que le cache du processeur ?
Le cache est la quantité de mémoire présente dans le processeur lui-même , soit intégrée à des cœurs individuels, soit partagée entre certains ou tous les cœurs. Il s'agit d'un petit morceau de mémoire dédiée qui réside directement sur le processeur afin que votre processeur n'ait pas besoin de récupérer des informations de la RAM de votre système à chaque fois que vous souhaitez faire quelque chose sur votre PC. Chaque processeur dispose d'une petite quantité de cache, les processeurs plus petits n'obtenant peut-être que quelques kilo-octets, tandis que les gros processeurs peuvent disposer de plusieurs mégaoctets de cache.
Mais pourquoi le cache est-il nécessaire si nous disposons déjà d’un stockage SSD rapide et d’une RAM encore plus rapide ? Tout est question de performances. Dans les années 1990, la vitesse de la RAM ne suivait pas les besoins du processeur, ce qui posait un problème aux concepteurs de processeurs. La solution consistait à ajouter un cache local aux puces elles-mêmes.
Bien que le cache ait une capacité limitée par rapport à la RAM, sa vitesse élevée compense cela. Le seul inconvénient est qu'il est coûteux d'emballer la mémoire dans une petite puce, elle n'est donc généralement pas utilisée en plus grande quantité. Cependant, avec 3D V-Cache, AMD a trouvé un moyen de le faire fonctionner, et nous disposons désormais de puces de jeu plus performantes à démontrer.
Comment fonctionne le cache ? L1, L2, L3 expliqués
L'adoption généralisée du cache a abouti à des implémentations plus nuancées du cache et de la RAM jusqu'à ce que nous nous retrouvions avec une hiérarchie de mémoire, avec le cache en haut, la RAM au milieu et le stockage en bas. Cette approche à plusieurs niveaux permet aux données critiques du processeur d'être physiquement plus proches du processeur, réduisant ainsi la latence et aidant votre PC à se sentir vif.
Le cache a sa propre hiérarchie, ou niveaux de cache, qui sont divisés en cache L1, L2 et L3. Ce sont toutes sortes de caches, mais ils remplissent des fonctions légèrement différentes.
Le cache L1 est le premier niveau de cache et également le plus petit, généralement divisé en instructions L1 ou L1i et données L1 ou L1d. Chaque cœur d'un processeur possède sa partie exclusive de cache L1, qui ne fait généralement que quelques kilo-octets. Le type de données stockées dans le cache L1 correspond à des éléments que le processeur vient d'utiliser ou prévoit d'utiliser de manière imminente. Si le CPU a besoin de données qui ne sont pas dans le cache L1, il passe au niveau suivant : L2.
Comme le cache L1, le cache L2 est souvent exclusif à un seul cœur de processeur, mais dans certains processeurs, il est partagé entre plusieurs cœurs. C'est aussi beaucoup, beaucoup plus grand ; par exemple, chaque cœur P du Core i9-12900K dispose de 80 kilo-octets de cache L1, ainsi que de 1,25 mégaoctets de cache L2, soit près de 16 fois plus. Cependant, les caches plus volumineux ont une latence plus élevée, ce qui signifie que la communication entre le cœur du processeur et le cache prend plus de temps. Lorsque les processeurs souhaitent accomplir des tâches en quelques microsecondes, voire nanosecondes, la latence légèrement plus élevée du cache L2 est importante. Si un processeur ne trouve pas les données demandées dans le cache L2, il demande le niveau suivant : L3.
Le cache L3 est un gros problème : il est partagé entre tout ou partie des cœurs d'un processeur, et il est volumineux. Le 7950X3D, par exemple, dispose de 128 Mo de cache L3 avec son V-Cache 3D intégré, alors qu'il ne dispose que de 16 Mo de cache L2. La latence du cache L3 est encore pire que celle du L2, mais disposer d'un grand cache L3 est vraiment important pour éviter que le processeur n'ait besoin de demander à la RAM les données nécessaires. À l'exception du stockage, la RAM a la vitesse et la latence les plus mauvaises de la hiérarchie de la mémoire, et chaque fois que le processeur a besoin d'accéder à la RAM pour les données requises, les choses peuvent s'arrêter.
Certains processeurs disposent même d'un cache L4, mais il fonctionne généralement comme de la RAM incluse dans le package du processeur. Certains des premiers processeurs Intel 14 nm basés sur l'architecture Broadwell comprenaient 128 Mo de DRAM intégrée, et les processeurs du serveur Sapphire Rapids de la société peuvent être livrés avec HBM2, qui est en quelque sorte utilisé comme un niveau de cache supplémentaire.
Le cache du processeur est-il important pour les jeux ?
Le cache du processeur fait une grande différence pour les jeux. Bien que les performances monothread, les instructions par horloge (IPC) et la vitesse d'horloge soient traditionnellement considérées comme les facteurs les plus importants dans les performances des jeux, il est devenu très clair que le cache est probablement le facteur le plus important de tous dans la rivalité entre AMD et Intel .
Le cache est si important pour les jeux en raison de la façon dont les jeux sont conçus aujourd’hui. Les jeux modernes comportent beaucoup de caractère aléatoire, ce qui signifie que le processeur doit constamment exécuter des instructions simples. Sans suffisamment de cache, votre carte graphique est obligée d'attendre sur votre CPU alors que les instructions s'accumulent et provoquent un goulot d'étranglement . Vous pouvez voir un exemple de la différence que fait la technologie 3D V-Cache d'AMD dans le graphique des performances du processeur dans les jeux ci-dessous.
Nous avons constaté une tendance vers plus de cache pour les jeux ces dernières années. AMD augmente ses quantités de cache CPU depuis des années et a doublé sa technologie 3D V-Cache sur le Ryzen 7 5800X3D et ses successeurs de la génération Ryzen 7000.
Intel rattrape AMD et ses processeurs de dernière génération disposent de plus de cache que jamais, ce qui les aide à rester compétitifs dans les jeux. Il semble probable que les quantités de cache continueront d’augmenter dans les années à venir, repoussant encore davantage les limites des performances des jeux.