经过了多年的发展，GPU也具备了多层缓存的结构。这些精心设计的缓存架构，可以填补显存和计算单元之间读写速度不匹配的矛盾，与CPU的缓存有类似的作用。
由于GPU架构的不同，不同芯片设计厂商对其缓存的设计也不一样。在Ampere架构上，英伟达仍然坚持使用相对传统的L1和L2缓存两级结构。AMD在RDNA 2架构上，则采用了L0、L1、L2和Infinity Cache，事实上Infinity Cache是充当了L3缓存的角色。近期Chips and Cheese发布了一项新研究，比较了英伟达与AMD最新显卡的显存延迟情况。
Chips and Cheese采用了OpenCL编写的指针追踪基准，用于评估GPU显存缓存中的延迟。在测试里，使用的是Radeon RX 6800 XT和GeForce RTX 3090显卡。测试结果表明，RDNA 2架构比Ampere架构具有更低的显存延迟。
在测试中，英伟达GA102的L1和L2缓存之间的延迟超过了100ns，而AMD Navi 21的L0至L2缓存之间的延迟为66ns，加上Infinity Cache仅增加了20ns的额外延迟。这可能可以解释为什么RDNA 2架构在较低分辨率的时候会有更出色的性能表现，而Ampere架构需要更多并行运算才能有更好的发挥。
无论英伟达还是AMD，都注意到了大型高效缓存的重要性。英伟达GA100（Ampere）的L2缓存已经增加到了40MB，是GV100（Volta）的七倍。AMD则率先使用了高带宽的设计，类似的结构也有用于CDNA架构的Instinct系列，在Radeon RX系列中（RDNA）为游戏开发了Infinity Cache。
Chips and Cheese还比较了英伟达和AMD较老的一些架构，总体而言都在不断改善。不过AMD每一代架构都随有一定程度的降低，相对来说更明显。
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