Qual é a diferença entre memória cache e memória RAM?

Em um computador existem diversos tipos de memória, desde as memórias ROM, o armazenamento baseado em memória nand flash, até a rápida memória RAM e a memória cache, um tipo especial de memória que é ainda mais rápida que a memória RAM. Mas se a memória cache é mais rápida que a memória RAM, por que ela não é a mais usada?

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O que é memória RAM?

Como explicado em “O que é memória RAM?”, a RAM é usada como espaço de armazenamento temporário do sistema, como instruções ou outros dados ativamente usados pelo usuário. Ela é mais rápida que uma memória tradicional de armazenamento e é necessária para manter o sistema computacional fluído durante os mais variados usos, desde navegação, programas de design e até jogos.

A memória RAM normalmente está na região da placa-mãe em dual ou single channel, e o processador acessa esse armazenamento por meio do barramento, que liga todos os componentes principais para o funcionamento do sistema – sem ele, não há como um processador operar.

Como funciona a memória RAM?

A memória RAM tem três características importantes: tipo de Double Data Rate (DDR), frequência e Cas Latency (CL). O tipo de DDR é importante, pois representa a capacidade da memória em enviar e receber dados. Com memórias mais novas, como a DDR5, a largura de banda é maior.

Já a frequência é a velocidade com que esses dados são transferidos. Normalmente são representadas em MHz (megahertz) e quanto maior, melhor a velocidade para transferir os dados. Por fim, a Cas Latency representa a latência das memórias RAM, quanto maior, mais ciclos de clock são necessários para efetuar toda a transferência dos dados. É por isso que uma memória DDR4 com 3200 MHz e CL14 é mais rápida que outra com as mesmas configurações de CL18.

Qual a importância da memória RAM?

A memória RAM é a responsável pelas multitarefas do seu computador, como abrir um navegador enquanto joga com o Discord aberto. Cada um desses programas exige um pouco do processador e, com a ajuda da memória RAM, a CPU encontra as informações e torna mais fluido o funcionamento.

Quando você está com o Google Chrome aberto, por exemplo, cada aba adicional irá aumentar o consumo de memória RAM, visto que elas estão todas em execução simultaneamente e, ao selecionar outra aba, é esperado que o conteúdo seja exibido assim que clicar. É por isso que computadores com 4 GB de memória RAM atualmente sofrem até com navegadores. 

Além disso, a memória RAM tem importante papel em renderização, pois enquanto o programa renderiza, parte da memória temporária é armazenada na RAM antes de ser transformada em arquivo e, por isso, quem trabalha com render usa computadores com mais de 64 GB de RAM.

O que é memória cache?

Uma memória cache é usada exclusivamente pela CPU, que armazena dados frequentemente acessados e usa como buffer entre RAM e CPU. Ela é muito mais veloz para não interferir nesse buffer, porém o tamanho também é menor, tanto físico, quanto espaço em memória.

A memória cache é integrada diretamente no processador (cache L1 e L2) ou localizada em um chip próximo do processador (cache L3) no mesmo die, sendo responsáveis por grande incremento na velocidade de processamento – os processadores AMD com 3D V-cache e Intel com Foveros são exemplos práticos disso.

Como funciona a memória cache?

As memórias cache possuem uma hierarquia, com a memória cache L1, L2 e L3. A cache L1 é a mais próxima do núcleo do processador e por isso é a mais rápida, enquanto o cache L2 tem mais espaço em troca de menos velocidade. A cache L3 é a maior de todas, mas também acaba sendo compartilhada entre os outros núcleos de uma CPU.

A L1 Cache costuma ser usada para instrução de dados, mostrando o caminho correto para o processador fazer uma tarefa. Já o L2 Cache é um intermediário entre a L1 Cache e a memória RAM, contendo as informações da L1 para verificação e, por isso, precisa de um pouco mais de espaço. Por fim, a L3 Cache é o terceiro nível e armazena os dados da L2 para facilitar essa verificação, além de ter muito mais espaço para conseguir guardar e compartilhar todos os dados com outros núcleos e otimizando o desempenho de processadores com diversos cores. Curiosamente, mesmo a cache L3 sendo a "menos rápida" das três, ela é muito mais rápida que uma memória RAM.

Por que não usamos mais memória cache?

O primeiro motivo é o preço. O valor de um chip de memória cache é muito maior que o de uma memória RAM principalmente pelo nível de tecnologia. Os componentes de uma memória cache são muito menores e até 100 vezes mais rápidos que uma memória RAM, impactando muito no custo de produção, o que torna inviável uma tecnologia desse nível ser fabricada no mesmo ritmo e para mesma finalidade de pentes de RAM.

A memória RAM existe em diversos tamanhos, chegando a pentes únicos de 128 GB para servidores. Por outro lado, a memória cache é muito menor pelo custo e velocidade oferecida, como a presente na AMD EPYC 7003X com 768 MB de 3D V-Cache – que não chega nem a 1 GB total.

Colocando lado a lado para ilustrar e pensando em usuários comuns, uma Kingston Fury Beast DDR5-4800 de 32 GB em único pente é encontrada por cerca de R$ 850, enquanto um processador AMD Ryzen 5 7600 com 38MB de cache é encontrado por cerca de R$ 1,4 mil.

Além disso, como o funcionamento da memória RAM depende da memória cache, os modelos atuais já oferecem um ótimo desempenho para as velocidades atuais da DDR4 e DDR5. Então, como diz o ditado "não colocar o carro na frente dos bois", é importante ter um equilíbrio bom entre desempenho e custo. 

É claro que no futuro essa tecnologia avançará com otimização de empilhamento de cache, novas litografias de processadores e maturidade das tecnologias de memória DDR6, mas até lá não é viável usar tanto espaço em memória cache se você não trabalha intensamente com workstations ou servidores.

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Devo me preocupar na hora de escolher o PC?

A escolha do tipo de computador dependerá do seu perfil de uso. Se você é um usuário casual, que joga ocasionalmente ou realiza tarefas comuns, como navegar na internet, não é necessário se preocupar com uma quantidade absurda de memória RAM e memória cache.

No entanto, se você é um entusiasta de jogos e busca uma experiência em 4K com alta qualidade gráfica, considere a memória RAM, com no mínimo 32 GB, e um processador com uma memória cache robusta. Essas melhorias podem proporcionar não apenas menos tempo de carregamento, mas também mais FPS. O mesmo se aplica a profissionais que trabalham com design e edição, atividades que demandam poder de processamento.

Um exemplo bem simples é o vídeo acima, do Hardware Unboxed, em que foi colocado um AMD Ryzen 7 5800X e um Ryzen 7 5800X3D lado a lado. Em jogos que exigem mais da placa de vídeo a diferença de FPS é muito menor, enquanto jogos que exigem mais de processador a diferença supera os 50 FPS, graças à memória cache. Mas lembre-se sempre: antes de fazer a compra, avalie se o ganho de desempenho é melhor ou equivalente à diferença de preço.