Fysieke implementatie:

* SRAM (Statisch Random Access Memory): L2-cache wordt bijna altijd geïmplementeerd met behulp van SRAM. SRAM is sneller dan DRAM (Dynamic Random-Access Memory) dat wordt gebruikt voor het hoofdgeheugen, maar het is ook duurder en verbruikt meer stroom per bit. Het snelheidsvoordeel is cruciaal voor het doel van de cache:snelle toegang tot veelgebruikte gegevens.

* On-Die-integratie: Moderne processors integreren L2-cache doorgaans rechtstreeks op dezelfde siliciumchip als de processorkernen. Dit minimaliseert de latentie als gevolg van communicatie buiten de chip. Eerdere ontwerpen gebruikten soms afzonderlijke chips voor L2-cache, verbonden via een hogesnelheidsbus, wat resulteerde in een hogere latentie.

* Organisatie: De L2-cache is georganiseerd als een geheugenarray met meerdere poorten, waardoor meerdere cores of uitvoeringseenheden er gelijktijdig toegang toe hebben. De exacte organisatie (bijvoorbeeld het aantal poorten, de bankstructuur) is architectuurspecifiek en ontworpen om de doorvoer te optimaliseren en conflicten te minimaliseren.

* Interconnect: De L2-cache communiceert met de processorkernen en andere componenten (bijvoorbeeld L1-cache, geheugencontroller) via een on-die interconnect-netwerk. Dit netwerk kan een eenvoudige bus zijn of een complexere mesh- of ringarchitectuur, gericht op hoge bandbreedte en lage latentie.

* Cachecontroller: Een speciale cachecontroller beheert de L2-cache. Het behandelt het vervangingsbeleid voor cacheregels (bijv. LRU, FIFO), gegevenstoewijzing en communicatie met de processorkernen en het hoofdgeheugen. Het ontwerp van de controller heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties.

Architectonische variaties:

* Gedeeld versus specifiek L2: Sommige architecturen maken gebruik van een gedeelde L2-cache die toegankelijk is voor alle cores op de processor, terwijl andere speciale L2-caches gebruiken voor individuele cores. Een gedeelde L2 vereenvoudigt het ontwerp over het algemeen, maar kan tot conflicten leiden; speciale L2 verbetert de prestaties per core, maar verhoogt de complexiteit.

* Cachegrootte en associativiteit: De grootte en associativiteit van de L2-cache zijn kritische parameters die de prestaties en kosten beïnvloeden. Grotere caches verbeteren over het algemeen de hitrates, maar verbruiken meer ruimte en kracht. Een hogere associativiteit vermindert het aantal gemiste conflicten, maar vergroot de complexiteit.

* Opname-/uitsluitingsbeleid: In cachehiërarchieën met meerdere niveaus (L1, L2, L3) vereenvoudigt de opname-eigenschap (L1-cache is een subset van L2-cache) coherentieprotocollen, maar vermindert de flexibiliteit. Uitsluitingsbeleid biedt meer flexibiliteit, maar vereist complexere coherentieprotocollen.

Kortom, de L2-cache is een geavanceerd stuk hardware dat op ingewikkelde wijze is geïntegreerd in het ontwerp van de processor. De fysieke implementatie ervan omvat supersnel SRAM, geoptimaliseerde interconnectie en intelligent cachebeheer. De specifieke details zijn sterk afhankelijk van de ontwerpdoelen van de processor (prestaties, energieverbruik, kosten) en de onderliggende microarchitectuur.