Рівень 3 або кеш L3 спеціалізована пам'ять, яка працює рука об руку з кешем L1 і L2 для поліпшення продуктивності комп'ютера. L1, L2 і L3 кеш необхідні для блоку комп'ютерної обробки (процесора), є також і інші типи кеша в системі, такі як кеш жорсткого диска.
Процесорний кеш дозволяє задовольняти потреби мікропроцесора, передбачаючи запити про надання даних, так що інструкції з обробки надаються без затримки. Кеш процесора працює швидше, ніж оперативна пам'ять (ОЗУ), і призначений для запобігання вузьких місць у втраті продуктивності.
При запиті системи процесору потрібно інструкція для виконання цього прохання. Процесор працює у багато разів швидше, ніж оперативна пам'ять, тому, щоб скоротити затримки, кеш L1 зберігає дані, і він очікує, що вони будуть необхідні. L1 кеш дуже маленький, що дозволяє йому бути дуже швидким. Якщо інструкції немає в кеш-пам'яті L1, ЦП перевіряє кеш L2, трохи більший пул кеш, з трохи більшою затримкою. При кожному промаху кеша він дивиться на наступний рівень кеша. Кеш-пам'ять L3 може бути набагато більше, ніж L1 і L2, і хоча вона і повільніше, але все-таки багато швидше, ніж вилучення даних з пам'яті.
Якщо потрібні інструкції які знаходяться в кеші L3, біти даних можуть бути переміщені з кешу L1 в нові інструкції на випадок, якщо вони знадобляться знову. Кеш-пам'ять L3 може тоді видалити цей рядок з інструкції, так як вона зараз знаходиться в іншій кеш-пам'яті (називається ексклюзивний кеш), або вона може створити копії (іменовані інклюзивний кеш), в залежності від конструкції процесора.
Архітектура багаторівневого кешу продовжує розвиватися. Кеш L1 використовується, щоб бути зовнішнім для процесора, вбудований в материнську плату, але тепер обидва L1 і L2 кеш, зазвичай включені в матрицю процесора. Кеш-пам'ять L3, як правило, вбудована в материнську плату, але в деяких моделях ЦП його вже включили як кеш-пам'ять L3. Перевага мати на борту кеш-пам'ять полягає в тому, що це швидше, ефективніше і дешевше, ніж розміщення окремої кеш-пам'яті на материнській платі.
Вибірки інструкцій з кеша відбуваються швидше, ніж з системи оперативної пам'яті, і хороша кеш-пам'ять істотно збільшує продуктивність системи. Дизайн і стратегії кеша будуть відрізнятися на різних материнських платах і процесорах, але за інших рівних, чим більше кеш L3, тим краще.