* Costo: La memoria más rápida es significativamente más costosa por bit que la memoria más lenta. Construir un caché grande y de alta velocidad sería prohibitivamente costoso. La relación costo-beneficio disminuye bruscamente a medida que aumenta el tamaño del caché.
* velocidad: Los tiempos de acceso de caché deben ser extremadamente rápidos para ser efectivos. Los cachés más pequeños permiten diseños más simples y rápidos. Los cachés más grandes introducen circuitos más complejos y tiempos de acceso más largos, negando los beneficios de una mayor capacidad. La ventaja de velocidad está bien acoplada con el tamaño.
* Consumo de energía: La memoria de alta velocidad consume más potencia. Un caché más grande y más rápido consumiría significativamente más potencia, lo que conduciría a una mayor generación de calor y una reducción de la duración de la batería (especialmente crucial para dispositivos móviles).
* Limitaciones tecnológicas: La fabricación de cachés extremadamente grandes y de alta velocidad es tecnológicamente desafiante y costoso. Si bien la tecnología continúa mejorando, existen límites prácticos para cuán densamente y rápidamente podemos empacar transistores para las células de memoria.
* Principio de la localidad: Los cachés confían en el principio de la localidad:la idea de que se accede recientemente a los datos e instrucciones que se accederán nuevamente pronto. Un caché relativamente pequeño puede explotar efectivamente este principio para un gran porcentaje de accesos de memoria. El aumento del tamaño del caché más allá de cierto punto produce rendimientos decrecientes en términos de rendimiento mejorado, ya que la probabilidad de encontrar los datos necesarios en el caché más grande no aumenta proporcionalmente.
En esencia, el tamaño óptimo del caché es una compensación entre costo, velocidad, consumo de energía y efectividad. Un caché pequeño y rápido proporciona un impulso de rendimiento significativo a un costo razonable, mientras que un caché más grande ofrecería solo ganancias de rendimiento marginal, al tiempo que aumenta significativamente su costo y consumo de energía. Esta es la razón por la cual se utilizan múltiples niveles de cachés (L1, L2, L3); Cada nivel proporciona una compensación de velocidad/tamaño diferente.