對AMD而言，近兩年算是喜憂參半的兩年。
洗心革面(mian)的(de)英特爾，帶來了重整旗鼓后的(de)第十二(er)代酷(ku)睿處(chu)理(li)器(qi)。全新的(de)高性能混合架構，將性能內(nei)核和效率內(nei)核相互結合，讓處(chu)理(li)器(qi)性能、生(sheng)產力(li)和創作力(li)較之(zhi)以往實現了飛(fei)躍，將AMD的(de)常規(gui)處(chu)理(li)器(qi)產品壓(ya)得喘(chuan)不(bu)過氣。
但另一方(fang)面，得(de)益于大型游戲對(dui)三級緩存(cun)的(de)充分(fen)利用(yong)，AMD 3D V-Cache堆疊緩存(cun)近兩年大放異彩(cai)。最新發布的(de)R7 7800X3D更是(shi)憑借相(xiang)對(dui)領先的(de)性能、更低的(de)理(li)論功耗(hao)和更高(gao)(gao)的(de)性價比大殺四方(fang)，和i9-13900打(da)得(de)難分(fen)高(gao)(gao)下。
（圖源：AMD）
作為PC行業的霸主(zhu)，英(ying)特爾顯然不會任由AMD這樣(yang)占有技術優勢(shi)。
4月24日訊，英特爾2020年(nian)12月的專(zhuan)利顯示，該公司下(xia)一(yi)代CPU架構又稱「Meteor Lake架構」將(jiang)具有(you)封裝緩存(cun)功(gong)能，預計L4緩存(cun)將(jiang)成為基礎區(qu)塊的一(yi)部分，可以被下(xia)一(yi)代CPU的任(ren)何構建(jian)塊訪問。該消息在(zai)(zai)近期(qi)發布的Linux Patch補(bu)丁中得以證實，相關產品(pin)最快會(hui)在(zai)(zai)今年(nian)下(xia)半年(nian)正式發布。
（圖源：英特爾）
如果說，AMD是在片上緩存設計的當下做功夫，那么英特爾盯上的可能是片上緩存設計的未來。
緩存的發展史
首先，緩存是什么？
在CPU行業中，緩存(cun)即Cache Memory，指(zhi)的(de)(de)是可以(yi)和CPU/集(ji)成GPU進(jin)行高(gao)速(su)數據交換的(de)(de)存(cun)儲器。
當(dang)然這種(zhong)概念，在(zai)早(zao)(zao)年PC行業是不(bu)存(cun)在(zai)的(de)。維(wei)基百科顯示，早(zao)(zao)年間(jian)（指1980年前(qian)）的(de)CPU普遍采用(yong)馮·諾(nuo)依曼架構。這是一(yi)(yi)個非常(chang)簡單的(de)結構，內(nei)存(cun)、CPU 和(he)I/O都根據(ju)一(yi)(yi)個主時(shi)鐘(zhong)以鎖(suo)步方式發生(sheng)，CPU直接從主存(cun)儲器(qi)中(zhong)讀取數據(ju)，借此解決(jue)了當(dang)時(shi)計算機存(cun)儲容量太小，運算速度過慢的(de)問題。
（圖源：程序員大本營，馮·諾依曼架構）
然而(er)，隨(sui)著時間(jian)推移，CPU和內(nei)存的發展速(su)度出現了嚴重(zhong)不對等的情況(kuang)。
為了(le)解決CPU速(su)(su)率和主存(cun)訪問速(su)(su)率差距過(guo)大(da)的(de)(de)問題，IBM的(de)(de)Maurice Wilkes在(zai)1965年提(ti)(ti)出了(le)緩(huan)(huan)存(cun)的(de)(de)概念，即在(zai)兩者之間(jian)插入(ru)一塊速(su)(su)度比內存(cun)更快的(de)(de)高速(su)(su)緩(huan)(huan)存(cun)。只要將近期 CPU 要用的(de)(de)信(xin)息調(diao)入(ru)緩(huan)(huan)存(cun)，CPU 便可以直接(jie)從緩(huan)(huan)存(cun)中獲取信(xin)息，從而提(ti)(ti)高訪問速(su)(su)度。
至于落實到消費級市場上，則需要再往后推移。
1989年，英特爾發布了Intel i486處理器，這顆CPU創新性地集成了浮點運算處理器和多重管線，而且在X86系列中首次使用了 RISC（精簡指令集）技術，可以在一個時鐘周期內執行一條指令，最重要的是，它還擁有8KB的L1 Cache，使整個芯片的性能(neng)得到(dao)大(da)幅度提升。
（圖源：維基）
盡管在后(hou)續數十年時間里(li)，緩存的具體概(gai)念(nian)歷經了幾次變化，但整體架構在1990年代后(hou)期便趨于(yu)穩定(ding)。
目前(qian)市面上常(chang)見(jian)的(de)CPU Cache通(tong)常(chang)分為三級(ji)緩(huan)存：L1 Cache、L2 Cache、L3 Cache，級(ji)別越(yue)低(di)的(de)離(li)CPU核(he)心(xin)越(yue)近，訪問速度也快(kuai)，但是存儲容量相對就會越(yue)小。其中，在(zai)多核(he)心(xin)的(de)CPU里，每個核(he)心(xin)都有(you)各自的(de)L1/L2Cache，而L3 Cache是所有(you)核(he)心(xin)共享(xiang)使用的(de)。
然后出現的，便是我們今天要講的四級緩存（L4 Cache)。
改良，加以再現
不過四級緩存這個概念，并非第一次出現在市面上。
為了滿足多(duo)個(ge)處(chu)理器之(zhi)間的協同需求，進入(ru)2010年代后，IBM開始嘗試性地在(zai)System z11大(da)型(xing)機的NUMA互連芯片組中添加了L4緩存。
最(zui)有趣的(de)是，他們(men)在(zai)近兩年(nian)高調(diao)宣布取消L3/L4物理(li)緩(huan)存，將(jiang)所(suo)有緩(huan)存都用(yong)eDRAM來實(shi)現(xian)——由此實(shi)現(xian)了至高32MB的(de)L2緩(huan)存 ，256MB的(de)共享(xiang)(xiang)L3緩(huan)存以及8GB共享(xiang)(xiang)L4緩(huan)存。
英特爾這邊，則是在四代酷睿Haswell架構處理器上搭載了eDRAM，作為CPU和iGPU的L4四級緩存。
舉(ju)個例子，當時的頂級(ji)(ji)移動(dong)端CPU——i7-4950QH，便在(zai)常規(gui)的三級(ji)(ji)緩(huan)存以(yi)外(wai)，額外(wai)搭載(zai)了(le)一塊(kuai)針對iris Pro系列核(he)顯(xian)的128MB緩(huan)存芯片，英特爾希望以(yi)此來緩(huan)解(jie)核(he)顯(xian)對于內存本身的占用，和(he)AMD APU搭載(zai)的A系列核(he)顯(xian)抗衡的同(tong)時，提(ti)升CPU的運(yun)行效率。
遺(yi)憾的(de)是，因為(wei)當時(shi)設計不成熟的(de)原因，英特爾(er)配備的(de)這塊四級(ji)緩存幾乎沒有用(yong)(yong)武之地(di)，除了(le)核顯在(zai)(zai)(zai)運行游(you)戲時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)比較積極的(de)調度，以(yi)及提升挖(wa)礦能力(li)以(yi)外，在(zai)(zai)(zai)CPU運行軟件的(de)時(shi)候，大部分情況下，各(ge)種應用(yong)(yong)程(cheng)序還是會(hui)主動調用(yong)(yong)三級(ji)緩存，在(zai)(zai)(zai)性能上并(bing)沒有什么優勢。
（圖源：快科技，i7-4750QH實測）
正因如此，這項配置延續到Coffee Lake 9代酷睿便沒了下文。
在吸取教訓后，如今英特爾(er)已(yi)經(jing)準備好代號(hao)為Adamantine L4的高(gao)速緩存，希望從另外一個角度推(tui)動四級緩存的普及。
根據外媒VideoCardz發(fa)現(xian)的專利表(biao)明(ming)，英(ying)特爾的Adamantine緩(huan)存(cun)(cun)將(jiang)提供比(bi)任(ren)何典型緩(huan)存(cun)(cun)（如L3緩(huan)存(cun)(cun)等）更快的訪問速度，不僅可以改善CPU和內存(cun)(cun)之間(jian)的傳輸效率，還(huan)可以改善CPU和安全控制器(qi)之間(jian)的通信，甚(shen)至在重置(zhi)時(shi)保留緩(huan)存(cun)(cun)中的數據以縮短(duan)加載時(shi)間(jian)。
不(bu)僅如此(ci)，因為eDRAM的(de)特性，Adamantine緩存不(bu)必再(zai)拘泥(ni)于現(xian)有(you)的(de)容量限制，英特爾Meteor Lake的(de)Adamantine緩存甚(shen)至可以擴(kuo)展到(dao)“GB”級(ji)別(bie)。即便是目前測試的(de)大(da)小：128MB到(dao)512MB，也(ye)已經是傳(chuan)統三緩的(de)數(shu)倍，甚(shen)至可以和AMD 3D V-Cache同臺較(jiao)量。
而這，正是英特爾目前想要實現的效果。
新緩存，新革命
也(ye)就是(shi)說，四級緩存的時代要(yao)來了？
在我看來，即便英特爾方面野心勃勃，但是想要革新目前的PC緩存機制并沒有那么簡單。
首先(xian)，應用(yong)的(de)(de)(de)(de)適配程(cheng)度(du)始終是(shi)個(ge)問題。即便(bian)是(shi)目前(qian)大熱的(de)(de)(de)(de)AMD 3D V-Cache堆疊緩存(cun)(cun)，也僅有在部分非常吃緩存(cun)(cun)容量(liang)的(de)(de)(de)(de)大型(xing)3A游戲(xi)/MMO網絡游戲(xi)上面，才能體(ti)現(xian)出(chu)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)優勢，在高分辨率的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，甚至可(ke)能出(chu)現(xian)游戲(xi)性能被(bei)主頻和(he)核心數更多的(de)(de)(de)(de)英特爾處理器(qi)超越的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)。
其次，則在于(yu)產品的成(cheng)(cheng)本問題(ti)。即便Adamantine緩存(cun)真的像英(ying)特爾所述，速(su)度(du)更(geng)(geng)快、延遲更(geng)(geng)低，但它必然需要更(geng)(geng)大的面積和更(geng)(geng)復雜的設計(ji)，也(ye)會增(zeng)加(jia)處(chu)理器(qi)的功耗和發熱(re)(re)，從而影響散(san)熱(re)(re)和電池(chi)續(xu)航（參考AMD 3D V-Cache過(guo)熱(re)(re)），最終(zhong)導致硬(ying)件成(cheng)(cheng)本的成(cheng)(cheng)倍增(zeng)加(jia)。
不管怎么說，對普通用戶而言，一款(kuan)產(chan)品是(shi)否值得購(gou)買，是(shi)要從性能(neng)、功(gong)能(neng)、價格等各個(ge)方面來(lai)決策選擇的(de)。隨著(zhu)計算機技術的(de)不斷進步(bu)，未來(lai)必(bi)然會出現更多層次的(de)緩存設計，即便因為價格問題無法快速(su)普及，像Adamantine緩存這種(zhong)在(zai)工程上(shang)付出了較(jiao)大努力的(de)產(chan)品，還是(shi)值得相當程度的(de)肯(ken)定的(de)。
英特爾能(neng)否再度引領緩(huan)存技(ji)術的未來？或許只有時間(jian)能(neng)給我們答案。
