AMD Athlon XP 3000+	/Hardware/Prozessoren

AMD Athlon XP 3000+ mit vergrößertem Cache

Die Aufgabe des Level 2-Caches

Der überarbeitete Prozessorkern Barton schöpft seine Mehrleistung gegenüber seinem Vorgänger Thoroughbred ausschließlich aus seinem von 256 auf 512 kByte vergrößerten Level 2-Cache (L2-Cache).

Ein Cache meint in einer CPU-Architektur einen kleinen, sehr schnellen Zwischenspeicher, der die mangelnde Geschwindigkeit des Hauptspeichers ”kaschieren” soll. Dieser Zwischenspeicher versucht folgendes Problem zu lindern: Die Leistung der Prozessoren steigt bereits seit Jahrzehnten sehr stark an, die Geschwindigkeitssteigerungen durch Weiterentwicklungen in der Hauptspeichertechnik (DRAM) können jedoch nicht mithalten. Ohne Maßnahmen zur Verminderung des Problems auf Prozessor-Architekturebene würde die hohe Leistung der Prozessoren einfach verpuffen. Die CPU würde sehr oft viele Takte nur auf den Hauptspeicher warten und ihre hohe Leistung in der Praxis nicht umsetzen können.

Um zu verdeutlichen, wie extrem die mangelnde Geschwindigkeit des Hauptspeichers die Prozessorleistung begrenzen würde, wenn es keine Caches gäbe, ein kleines Rechenbeispiel:

Angenommen, ein moderner PC-Hauptprozessor (32-Bit Architektur) kann bei optimaler Programmierung zwei mathematische Grundoperationen (Addition, Multiplikation etc.) pro Taktzyklus abarbeiten. Im Idealfall müsste er also sechs Mal in nur einem Taktzyklus auf den Speicher zugreifen: zwei Befehle und vier Operanden für die mathematischen Operationen sind aus dem Speicher zu lesen. Da die nötige Übertragungsbandbreite für die Befehle im Vergleich zu der der Daten relativ klein ist, beschränken wir uns hier auf die für die Daten notwendige Bandbreite. Weiterhin nehmen wir an, es werden zwei Additionen ausgeführt, die Werte sind ganzzahlig und das Programm arbeitet mit 32-Bit langen Zahlen. Die CPU taktet wie beim Athlon XP 3000+ mit 2167 MHz. 32 Bit = 4 Bytes. Vier Operanden für zwei Instruktionen, pro Taktzyklus:

4 Bytes * 4 * 2.166.666.666 Hz = 34.666.666.667 Byte/s = 32,29 GB/s

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