核心和頻率曾經是人們在購買 CPU 時關注的主要規(guī)格，但 AMD 的 3D V-Cache 技術改變了這一切。2022 年的 Ryzen 7 5800X3D 證明緩存是影響游戲性能的最重要因素，而 AMD 僅通過添加公司稱之為“3D V-Cache”的技術。

3D V-Cache 不僅僅是一些營銷流行語或像 Sega Genesis 的“爆炸處理”那樣的噱頭，而是半導體行業(yè)曾經面臨的最大問題之一的解決方案。即使沒有它，3D V-Cache 已被證明是提供更多高級和高端 CPU 的好方法，而 AMD 方面無需付出太多努力。

什么是緩存？

在我們談論 3D V-Cache 之前，我們需要先談談常規(guī)的舊緩存。很久以前，計算機使用兩種基本類型的存儲：硬盤驅動器和隨機存取存儲器 (RAM)。硬盤驅動器速度慢但可以存儲大量數(shù)據(jù)，而 RAM 只能存儲少量數(shù)據(jù)但速度非?？?。在 1990 年代 CPU 性能改進的速度開始超過 RAM 之前，這種安排一直很有效，并且 RAM 需要變得更快，這樣處理器才不會成為瓶頸。

解決方案是緩存。這種內存比 RAM 小很多，但性能更高，而且它位于處理器中，而不是主板上的某個位置。這創(chuàng)建了一個內存層次結構，頂部是高速緩存，中間是 RAM，底部是存儲（如硬盤驅動器和固態(tài)驅動器）。但緩存最終發(fā)展出自己的層次結構，具有不同級別的性能和容量以滿足每個芯片的需求。（這也適用于其他類型的處理器，如 GPU。）

今天，典型的高端 CPU 具有 1 級（或 L1）、L2 和 L3 緩存。L1 緩存很小，分配給每個單獨的內核以盡快處理小指令。L2 高速緩存提供給一組內核供獨占使用，但更大，有時會大一個數(shù)量級，并且存儲在任何單個內核之外。L3 緩存通常由單個 CPU 上的所有內核共享，并且通常是最大的最后一層。一些非常小眾的 CPU 甚至帶有 L4 緩存，這通常不在 CPU 本身上，而是放在 CPU 封裝上的一種 RAM，例如第 4 代 Xeon 的 HBM2 緩存。

什么是 3D V-Cache？

3D V-Cache 只是一個芯片，上面只有緩存，Ryzen 5000 和 Ryzen 7000 CPU 在設計時就考慮了 3D V-Cache 兼容性。每個 3D V-Cache 芯片或小芯片都有 64MB 的 L3 緩存，是單個 Zen 計算小芯片的兩倍。您可能認為 3D V-Cache 應該算作 L4 緩存，因為它不是 CPU 本身的一部分，但 AMD 實際上將這些小芯片垂直安裝在所有核心和緩存所在的計算小芯片上，而這是3D V -Cache 品牌的來源。

Ryzen 7 5800X3D 是第一款使用該技術的 AMD CPU，作為同代唯一的 3D V-Cache CPU，它基本上是一個試運行。Ryzen 7 5800X（沒有 V-Cache）有 32MB 的 L3，但 5800X3D 有三倍，為 96MB。添加所有這些緩存的全部目的是為了防止 CPU 盡可能多地與 RAM 通信，因為 RAM 比 L3 緩存慢得多。對于大多數(shù)應用程序來說，緩存太多了，但是有一種軟件喜歡緩存：游戲。

游戲通常不需要大量的 CPU 內核和原始馬力即可良好運行，而是需要 CPU 盡快處理大量小數(shù)據(jù)。畢竟，大多數(shù) PC 游戲玩家都希望以 60 FPS 或更高的速度運行游戲，這意味著至少每 16.67 毫秒更新一次幀。5800X3D 在游戲性能方面與 Ryzen 9 5950X 和 Core i9-12900K 并駕齊驅，并且與Ryzen 9 7950X和Core i9-13900K相比仍然表現(xiàn)出色。當Ryzen 7000X3D CPU今年推出時，它們幾乎肯定會成為市場上最快的游戲芯片。

也就是說，3D V-Cache 并不完美，因為使用 V-Cache 的 CPU 的時鐘速度低于其非 3D 對應物。額外的緩存彌補了游戲中較低的頻率，但在其他應用程序中，性能損失很小。因此，3D V-Cache 可能永遠不會成為 Ryzen CPU 的默認設置。

3D V-Cache 有什么特別之處？

歸根結底，3D V-Cache 只是一個帶有緩存的芯片，而 5800X3D 出色的游戲性能更能說明緩存對游戲的作用有多大，而不是 3D V-Cache 提供了新的性能水平。但 3D V-Cache 對緩存來說并不是革命性的，而是對處理器的構建方式來說是革命性的，并且是業(yè)界最大問題之一的潛在解決方案：摩爾定律的死亡。

摩爾定律預測，從現(xiàn)在起兩年后最快的芯片的晶體管數(shù)量將是目前最快芯片的兩倍。晶體管是處理器中最小的組件，晶體管越多通常意味著性能越好。由于處理器只能做到這么大，滿足摩爾定律的預期意味著實現(xiàn)更高的密度，而更高的密度主要是通過使用更好的制造工藝（也稱為節(jié)點）來實現(xiàn)的。簡而言之，該行業(yè)傳統(tǒng)上能夠通過使用最新的工藝或節(jié)點來跟上摩爾定律。

在過去的十年中，摩爾定律一直在維持生命，因為開發(fā)更好的新節(jié)點極其困難。密度增加的步伐已經顯著放緩，以至于公司可能無法滿足摩爾定律的預期，這意味著技術進步正在放緩。尤其是緩存，一直對密度改進非常抵觸，就在去年，臺積電宣布其 3nm 工藝的初始版本的緩存密度不會超過 5nm。

3D V-Cache 巧妙地解決了這個問題。通過將大部分 CPU 的緩存放在自己的小芯片上，AMD 可以將計算芯片上的更多空間專用于邏輯晶體管，邏輯晶體管構成獨立的內核，比緩存更容易縮小。此外，這意味著 AMD 可以為 V-Cache 芯片使用更舊、更便宜的節(jié)點，同時為計算小芯片保留最先進的節(jié)點。我們已經可以看到 AMD 將這種設計理論應用于其 GPU；RX 7900 XTX 和 XT有一個主 GPU 芯片，周圍有六個包含所有 L3 緩存的其他小芯片。

即使沒有制造危機，3D V-Cache 仍然是提供發(fā)燒級產品的有效方式。AMD 不需要專門為游戲設計 CPU（這會讓 AMD 難以盈利），AMD 也不需要讓它的主流 CPU 配備比必要更多的緩存（這會使每個 CPU 都非常昂貴） . 3D V-Cache 非常簡單，但卻是游戲規(guī)則的改變者；有可能，甚至很有可能，我們會看到像英特爾這樣的公司用他們自己的緩存芯片復制 3D V-Cache 的成功。

審核編輯 ：李倩