從CPU架構和技術的演變看GPU未來發展

    緩存的基本作用是用來加速數據的傳輸。在電腦當中，由于內存和硬盤本身的速度較慢，都需要一個可以加速指令執行和數據預取的緩沖區，這個零時緩存就相當于部隊里的集結待命區，它里邊的內容是不斷的在變化的。

緩存的作用和原理

    一級緩存(L1)是內置在CPU芯片內部的一個存儲區。二級緩存(L2)是第2塊“集結待命區”(Staging Areas)，它的用處就是給L1喂數據。L2可能內置于CPU之中，也可能是MCP(Multichip Package Module)里的一個獨立芯片中，還可能是在主板上的一塊獨立存儲芯片里。

    典型的，緩存一般是SRAM(Static RAM，靜止隨機存儲器，不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據)，而主內存通常是DRAM(Dynamic RAM，動態隨機存儲器，需要刷新電路)。SRAM非常消耗晶體管、成本高昂而且容量不可能做很大，因此最早的CPU都是沒有緩存的，后來才開始加入緩存芯片。

★ 插在主板上的二級緩存（或者整合在主板上）

Intel 430FX芯片組上Socket 5主板及256KB外置二級緩存

    此前的CPU一直都是Socket接口設計，但以當時的技術，直插式的設計無法在CPU上整合SRAM緩存芯片，只能將SRAM以擴展卡的形式插在主板上或者直接整合在主板上。此后數代產品，Intel和AMD改用了Slot封裝形式，將SRAM芯片和CPU核心都集成在了Slot PCB上面，然后再插在主板上，這樣SRAM二級緩存就正式成為了CPU不可缺少的一部分。

★ 整合在CPU上的二級緩存

    這是一顆核心代號為代Klamath、采用350nm工藝的Pentium處理器，CPU+SRAM的結構，Slot 1接口。看上去是不是有點像現在的GPU+DRAM顯存。實際上這樣做只是上CPU和SRAM綁定在了一起，二級緩存依然以核心頻率一半甚至更低的速度運行，性能不甚理想。

★ “膠水”式的二級緩存

    Pentium Pro是Intel P5 核心Pentium的延伸，在1995年11月以Socket 8封裝形式推出，它最大的特色是采用了雙芯片封裝形式，CPU和L2是各自獨立的，片上（Onchip）L2的好處是可以讓它以內核相同的頻率運行，而不必再像過去使用主板上較慢速度的L2，從而為“亂序執行”所導致的大量內存超找提供了捷徑，直接提升了性能。

    Pentium Pro把L1和L2同時設計在CPU的內部，故Pentium Pro的體積較大。結果Pentium II又把L2 Cache移至CPU內核之外的黑盒子里。這是因為L2無法達到與核心相同的頻率，因此還是分離式比較靈活一點。

★ 整合進CPU內部的二級緩存

    Pentium Pro不僅是第一款整合了二級緩存的CPU，而且是第一顆32bit CPU，不過由于它并不兼容當時主流的16bit軟件，因此Pentium Pro曲高和寡，僅定位于高端服務器市場，并沒有得到廣泛認可。此后Intel又發布了Pentium II XEON，同樣集成了片上全速二級緩存，在當時全速二級緩存就代表著更高的性能。

    Pentium Pro和Pentium II XEON并非民用產品，因此關注度并不高，而Pentium II去掉板載SRAM的產品被首次當作Celeron來賣，雖然它價格很低廉，但由于L2徹底為0，因此性能損失也非常慘重。為此，Intel推出了第二代Celeron 300A和Celeron 333，新賽揚的特點是在處理器芯片內集成了128KB二級高速緩存，容量上雖然比Pentium II的512KB少很多，但新賽揚的二級緩存在CPU內部，是全速的片上緩存，而Pentium的二級緩存頻率只有核心的一半。正是這全速的二級緩存給與了Celeron質的改變，極大的改善了賽揚的整體性能，成為當時市場上炙手可熱的一代經典產品！

首次出現三級緩存

    而當時的AMD也有一款經典產品，同樣是因為集成了全速二級緩存而讓性能產生質的飛躍，性能遙遙領先與同代Intel處理器，它就是K6-II和K6-III。

    K6-II和K6-III使用的是Socket 7插槽，其性能比Intel后來的Pentium 3都要強，為什么？因為這K6-III CPU均內建了256KB的二級緩存，而且配套主板上還能再插2M容量的SRAM當作三級緩存使用，此時的性能比Pentium II拉開了較大的差距，而且其價格還比較實惠。

★ 奔三和速龍初期依然用外置二級緩存，后期全部整合全速緩存

    提起奔三和速龍相信很多人就比較熟悉了，它們應該可以說是CPU的近代現代史了，不過奔三和速龍發布之初依然使用的Slot卡槽式封裝，二級緩存依然是外置式，運行頻率只有核心速度的一半，性能受到了限制。

初期Slot 1和Slot A接口的Pentium III和Athlon

    制造工藝改進之后，Intel和AMD相繼把L2整合在了CPU內部，成為單一的CPU核心，以大家喜聞樂見的Socket封裝形式出現，全速的L2讓奔三和速龍的性能都有所提升：

Socket 370和Socket A接口的Pentium III和Athlon

    Pentium III和Athlon角逐1GHz大關的頻率大戰，最終Intel因為Pentium III 1.13GHz BUG問題而敗北。而其問題的關鍵就是內置的二級緩存無法工作在1GHz以上的超高頻率下，從而產生不可預料的錯誤。