DDR5内存和CPU速度差不多了CACHE还有什么意义？

这真是个好问题！很多人在看到DDR5内存速度飞涨，动辄能达到数千兆赫兹，甚至接近一些CPU的核心频率时，会产生同样的疑问：“既然内存这么快了，CPU内部的缓存还有什么存在的必要？”

让我来跟你掰扯掰扯，咱们尽量抛开那些生硬的技术术语，就像我们平时聊天一样。

首先，咱们得明白，CPU和内存，它们俩虽然都跟数据打交道，但工作方式和“脾气”完全不一样。

CPU： 就像一个超级灵活、效率极高的厨师。它能快速地切菜、炒菜、烹饪，而且是同一时间能处理好几样东西。但它的“案板”（缓存）是有限的，一次只能放几样食材。
内存（RAM）： 就像一个巨大的、但没那么灵活的冰箱。里面存放着大量的食材（数据和程序），供厨师取用。冰箱里的食材很全，但从冰箱里拿出一样东西，再拿到厨师手边，这个过程需要一点时间，尤其是冰箱离厨房有点远的时候。

现在，咱们说说CPU缓存的“三层保护”，以及它们为什么不可或缺：

1. L1 缓存（一级缓存）：
位置： 就在CPU核心内部，是离核心最近的地方，几乎是“零延迟”。
容量： 非常小，就像厨师手边随时抓起的一把盐、一瓶酱油。通常只有几十KB。
作用： 存放CPU 当下最最最急需 的指令和数据。想象一下，厨师正在切洋葱，他手上肯定会拿着一把刀，旁边放着洋葱。这些就是L1缓存里的东西。CPU执行一条指令，下一条指令很大概率也会紧跟着被用到，所以CPU会把“接下来要用”的东西提前放在L1里。
为什么不能没有？ 如果没有L1，CPU每次执行一个指令，都要去L2甚至更远的地方找，那效率简直是灾难性的。CPU那么高的时钟频率，会因为等待数据而大量“空转”。

2. L2 缓存（二级缓存）：
位置： 也在CPU核心内部，但比L1稍微远一点点。通常是每个核心独享，或者几个核心共享一个L2。
容量： 比L1大一些，可能几百KB到几MB。就像厨师案板旁边的一个小架子，放着常用的调料罐、一碗切好的葱花姜末。
作用： 存放“比较常用”，但不如L1里那“当前正在用”的指令和数据。如果CPU在L1里找不到需要的东西，就会先去L2找。CPU在处理任务时，经常会重复执行一些代码段（比如循环），L2就是为了缓存这些“经常会用到的”代码，避免每次都要跑远路去内存。
为什么不能没有？ L1缓存太小了，不可能装下所有CPU可能需要的东西。L2就像一个中间站，能大大减少CPU访问内存的次数，并且比直接访问内存要快得多。

3. L3 缓存（三级缓存）：
位置： 通常是CPU所有核心共享的。它比L2更远一些，但仍然在CPU芯片内部。
容量： 更大，通常是几MB到几十MB。这就像一个共享的“食材储备区”，比如一整袋面粉、一桶油、一箱蔬菜。所有厨师（核心）都可以过来取用。
作用： 存放“更广泛常用”的数据和指令。当一个核心在L1和L2都找不到需要的东西时，就会来L3尝试。而且，L3缓存还能帮助不同核心之间共享数据，提高协同工作的效率。比如，一个核心处理完一部分数据，可能另一个核心马上就要用到，L3就能让他们很方便地“交接”。
为什么不能没有？ 随着多核CPU越来越普遍，核心之间的通信和数据共享变得至关重要。L3缓存扮演了“信息集散地”的角色，让所有核心都能更高效地协作，而不是每个核心都自己埋头苦干，然后还得互相“跑腿”去内存里拿数据。

回到你的问题：DDR5内存速度很快，为什么缓存还那么重要？

这个就得说到一个概念叫做 “延迟” (Latency) 和 “带宽” (Bandwidth)。

带宽： 就是内存一次能传输多少数据，DDR5的飞速发展主要体现在带宽上，它能一次性“搬运”大量数据。就像冰箱一次可以拿出好几箱东西。
延迟： 就是从CPU发出请求，到数据真正到达CPU核心手中，这个过程需要多久。这个是DDR5依然无法完全消除的，虽然比DDR4好很多，但仍然比CPU内部的缓存要高出不少。就像你让管家从冰箱最里面拿出一样东西，这个过程还是需要时间的。

打个比方：

想象你是一位大忙人，需要处理很多文件。

CPU核心： 就是你本人，你大脑的思考速度。
L1缓存： 你面前桌子上你正在看的文件。
L2缓存： 你手边的文件抽屉里你经常要用的文件。
L3缓存： 你办公室里的大书架，放着你工作常用的参考资料。
DDR5内存： 办公大楼里的文件库房，里面有海量的文件，而且里面有高效的传送带（高带宽），可以快速把一摞文件送到你的楼层。
硬盘/SSD： 城市档案局，文件量更大，但传送更慢。

即使文件库房的传送带很快，能一次送来很多文件，但如果你需要的文件就在你手边（L1），或者就在你抽屉里（L2），或者就在你办公室书架上（L3），你拿起它们的速度，肯定还是比让传送带从遥远的库房里送来要快得多。

CPU缓存的核心价值在于“减少访问主内存的次数，降低延迟”。

即使DDR5的带宽非常高，CPU仍然会优先从缓存中读取数据，因为这个速度和效率的“惯性”太大了。缓存就像一个“智能预判系统”，它知道你很可能接下来要用什么，于是提前帮你准备好。

CPU指令执行的局部性： 程序在执行过程中，往往会重复执行某一段代码（时间局部性），或者会顺序访问内存中的数据（空间局部性）。缓存正是利用了这一点，将常用或附近的数据提前加载，大大减少了CPU等待的时间。
核心通信的效率： 在多核CPU中，L3缓存作为共享资源，是各个核心之间“信息交换”的重要通道。如果没有L3，核心之间的交流就必须绕道主内存，这将是巨大的效率瓶颈。

总结一下：

DDR5内存速度的提升，主要是 带宽 的增加，它能更快地填满CPU的“需求”。但CPU缓存，尤其是L1和L2，之所以仍然存在，是因为它们提供了 极低的延迟 和 超高的访问速度，这对于CPU核心的 即时处理能力 是至关重要的。L3缓存则进一步提升了多核协同的效率和整体的平均内存访问速度。

就好比，你家冰箱升级了，一次能拿出来更多东西，但你桌上的水杯，你手边的手机，它们拿起来的速度，永远是比你去冰箱拿要快得多。CPU缓存就是CPU手边的“杯子”和“手机”。即使它们容量小，但因为随手可得，所以才如此不可替代。

所以，即便是最先进的DDR5，CPU缓存依然是高性能计算的关键组成部分，它们是CPU得以发挥其强大“思考”能力的基石。没有缓存，DDR5再快的速度，也只能让CPU“望洋兴叹”地等待数据。

4800MHz是等效频率，实际核心频率还是几百MHz，CPU依旧是整个计算机里核心频率最高的，核心频率最接近CPU的是GPU，目前RDNA2系列显卡拥有最高的GPU核心频率，甚至可达到2.8GHz，当然如果不严格要求的话，GPU可以算“一类特殊的自带内存的CPU”

而且缓存设计的初衷就是内存太慢了，必须得设计一个中间桥梁以尽可能地发挥一套架构的实力，内存的吞吐量和带宽都不够合格

而即使今天已经发展到了DDR5时代，要比带宽以及延迟，那么缓存依旧是内存的爹，以前写过一个类似的回答：

在这个回答里面，我使用了一个双通道DDR4 3600MHz CL16内存做了演示，那个时候12代还没发布，所以用的D4。

但是这个回答我就用两根DDR5 6000 CL36的内存在AIDA64内存与缓存的成绩做一个演示：

这个测试比较偏理论化，所以简单参考一下就行。

可以看到即使是4ch DDR5 6000MHz，在带宽以及延迟上都是远远不如缓存的。在带宽上，缓存都有着数倍于内存的水平，在延迟上缓存也是远好于内存，

如果说真的把现代处理器的缓存给移除了，我怀疑性能会降低数倍，这纯属自找没趣。