Implementación física:
* SRAM (memoria estática de acceso aleatorio): El caché L2 casi siempre se implementa utilizando SRAM. SRAM es más rápido que DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio) utilizado para la memoria principal, pero también es más costoso y consume más potencia por bit. La ventaja de velocidad es crucial para el propósito del caché:acceso rápido a datos de uso frecuente.
* Integración en la muerte: Los procesadores modernos generalmente integran el caché L2 directamente en el mismo dado de silicio que los núcleos del procesador. Esto minimiza la latencia debido a la comunicación fuera de chip. Los diseños anteriores a veces usaban chips separados para el caché L2, conectados a través de un bus de alta velocidad, lo que resulta en una mayor latencia.
* Organización: El caché L2 se organiza como una matriz de memoria múltiple, lo que permite que múltiples núcleos o unidades de ejecución accedan simultáneamente. La organización exacta (por ejemplo, número de puertos, estructura bancaria) es específica de la arquitectura, diseñada para optimizar el rendimiento y minimizar la contención.
* interconexión: El caché L2 se comunica con los núcleos del procesador y otros componentes (por ejemplo, caché L1, controlador de memoria) a través de una red de interconexión en la muerte. Esta red podría ser un bus simple o una arquitectura de malla o anillo más compleja, con el objetivo de un alto ancho de banda y baja latencia.
* Controlador de caché: Un controlador de caché dedicado administra el caché L2. Maneja las políticas de reemplazo de la línea de caché (por ejemplo, LRU, FIFO), la asignación de datos y la comunicación con los núcleos del procesador y la memoria principal. El diseño del controlador afecta significativamente el rendimiento.
Variaciones arquitectónicas:
* compartido vs. dedicado l2: Algunas arquitecturas emplean un caché L2 compartido que está accesible por todos los núcleos en el procesador, mientras que otros usan cachés L2 dedicados para núcleos individuales. Un L2 compartido generalmente simplifica el diseño pero puede introducir contención; L2 dedicado mejora el rendimiento por núcleo, pero aumenta la complejidad.
* Tamaño de caché y asociatividad: El tamaño y la asociatividad del caché L2 son parámetros críticos que influyen en el rendimiento y el costo. Los cachés más grandes generalmente mejoran las tasas de golpes, pero consumen más área y energía. Una mayor asociatividad reduce las fallas de conflictos pero aumenta la complejidad.
* Políticas de inclusión/exclusión: En las jerarquías de caché de niveles múltiples (L1, L2, L3), la propiedad de inclusión (el caché L1 es un subconjunto de caché L2) simplifica los protocolos de coherencia pero reduce la flexibilidad. Las políticas de exclusión ofrecen más flexibilidad pero requieren protocolos de coherencia más complejos.
En resumen, el caché L2 es una pieza sofisticada de hardware intrincadamente integrada dentro del diseño del procesador. Su implementación física implica SRAM de alta velocidad, interconexión optimizada y gestión inteligente de caché. Los detalles específicos dependen en gran medida de los objetivos de diseño del procesador (rendimiento, consumo de energía, costo) y la microarquitectura subyacente.