O que é o 3D V-Cache dos processadores da AMD?

Em 2022, a AMD anunciou o Ryzen 7 5800X3D, o primeiro processador com a tecnologia de 3D V-Cache. Mas o que é isso exatamente? O 3D V-Cache é uma forma de adicionar mais memória cache L3 através do empilhamento vertical desse componente no corpo do processador.

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Essa é uma técnica de empacotamento criada pela empresa para aumentar a quantidade de memória L3 em uma CPU. De modo geral, os processadores usam o cache L3 no formato horizontal, mas como o espaço físico desse componente é muito pequeno, a AMD resolveu organizar essa estrutura uma por cima da outra.

O que é memória cache?

Essa montanha de informações pode ser assustadora de início, mas a explicação é relativamente fácil. Primeiro, é preciso entender o que é a memória cache de um processador e sua importância.

O processador utiliza núcleos computacionais para realizar cálculos lógicos. É como um cérebro, lendo, interpretando e entendendo os dados que são passadas para ele. A CPU precisa se comunicar diretamente com a memória RAM para buscar instruções e dados, porém ela acaba sendo bastante lenta para a velocidade que esse trabalho exige.

Para contornar esse problema, a indústria criou a memória cache. Essa estrutura nada mais é do que um tipo de memória intermediária entre o processador e a memória RAM. A memória cache é muito rápida e serve para armazenar dados e enviá-los a uma velocidade extremamente alta sempre que a CPU precisar.

Assim, a memória cache é como um mercadinho perto de casa. Em vez de você ir até um mercado grande e distante no centro da cidade e pegar alguns mantimentos, é mais fácil ir até a mercearia do outro lado da rua e pegar o essencial para aquele momento.

Maiores quantidades de cache têm benefícios muito perceptíveis em certos cenários, como rodar games. No entanto, quanto maior a quantidade de cache, menor é a velocidade de comunicação com a CPU, logo aplicações de renderização não têm ganhos tão significativos assim.

Níveis de cache

Para dinamizar e diminuir a latência entre esses processos, a memória cache foi dividida em três níveis principais para cumprir funções ligeiramente diferentes:

• Cache L1: é a memória mais rápida de ser acessada pela CPU, no entanto também é a que tem menos capacidade (máximo de 1MB em modelos muito recentes). Fica subdividido entre Cache L1 de Dados e Cache L1 de Instruções. É individual para cada núcleo;
• Cache L2: tem mais capacidade que a anterior e pode ter até 32 MB em modelos recentes; aqui a velocidade de acesso aos dados é um pouco mais lento;
• Cache L3: nível mais lento entre os três, mas é o que tem mais capacidade (até 64 MB em condições normais). Armazena dados acessados com uma frequência menor pela CPU.

Para que serve o 3D V-Cache?

Agora que você já entendeu o funcionamento do cache, fica mais fácil compreender o empilhamento vertical dessas estruturas: o 3D V-Cache.

Pode ser interessante pensar nessa tecnologia como um novo nível de cache que a AMD inseriu no processador. Conforme a imagem abaixo revela, há uma nova estrutura por cima do DIE — o corpo — do processador. Esse pequeno componente é um nível adicional de cache L3.

A primeira experiência com o 3D V-Cache começou no Ryzen 5800X3D. A implementação foi um sucesso, visto que o processador é considerado um dos melhores quando o assunto são games. Esse funcionamento se deu pela seguinte forma: por padrão, o 5800X já tinha 32 MB de cache L3. O empilhamento vertical adicionou um "segundo andar" com mais 64 MB e o produto final possui a soma de 96 MB de cache L3.

A largura de banda da CPU ficou na casa dos 2 TB/s e a latência na comunicação com o processador diminuiu. No entanto, a AMD teve que fazer algumas concessões.

Por exemplo, as tensões do cache e dos núcleos são iguais, portanto não é possível realizar overclock. Outro "problema" é que a tecnologia só poderia ser incorporada em processadores de oito núcleos e acabou ficando limitada a um único modelo da série.

O 3D V-Cache de 2ª geração

Com o lançamento da linha Ryzen 7000 no fim de 2022, a AMD lançou os Ryzen 9 7950X3D, Ryzen 9 7900X3D e o Ryzen 7 7800X3D. A divulgação dessa nova geração do 3D V-Cache não foi tão calorosa quanto a anterior, mas o princípio permaneceu o mesmo.

A diferença é que a companhia trouxe o empilhamento vertical para processadores com mais núcleos. O 7950X3D tem 16 núcleos, enquanto o 7900X3D conta com 12 núcleos — ambas as CPUs têm 128 MB de cache. No entanto, o 3D V-Cache não funciona em todos esses núcleos, somente em um dos CCDs (Core Complex Dies).

O empilhamento está disponível apenas em oito dos 16 núcleos do Ryzen 7950X3D, com frequências reduzidas. A mesma regra é aplicada ao Ryzen 7900X3D, que só conta com a tecnologia em seis dos seus 12 núcleos. O restante dos núcleos sem o adicional de cache L3 funciona com a velocidade padrão.

Com informações de AMD e Tom's Hardware