Tason 3 tai L3 välimuisti on erikoismuisti, joka toimii käsi kädessä L1- ja L2-välimuistin kanssa tietokoneen suorituskyvyn parantamiseksi. L1, L2 ja L3 välimuisti ovat tietokoneen prosessoriyksikön (CPU) välimuistit, jakeet järjestelmän muun tyyppisiä välimuisteja, kuten kiintolevyn välimuisti. CPU -välimuisti vastaa mikroprosessorin tarpeisiin ennakoimalla datapyyntöjä, jotta käsittelyohjeet toimitetaan viipymättä. Suorittimen välimuisti on nopeampi kuin hajamuisti (RAM), ja se on suunniteltu estämään suorituskyvyn pullonkaulat.
Kun järjestelmästä tehdään pyyntö, CPU vaatii ohjeita pyynnön suorittamiseksi. Prosessori toimii monta kertaa nopeammin kuin järjestelmän RAM, joten viivytysten vähentämiseksi L1 -välimuistissa on valmiina databittejä, joita se ennakoi tarvitsevansa. L1 -välimuisti on hyvin pieni, joten se voi olla erittäin nopea. Jos ohjeet eivät ole L1 -välimuistissa, suoritin tarkistaa L2: n, hieman suuremman välimuistin, jossa on hieman pidempi viive. Jokaisella välimuistin menetyksellä se näyttää välimuistin seuraavalle tasolle. L3 -välimuisti voi olla paljon suurempi kuin L1 ja L2, ja vaikka se on myös hitaampi, se on silti paljon nopeampi kuin RAM -muistista noutaminen.
Olettaen, että tarvittavat ohjeet löytyvät L3 -välimuistista (välimuistiosuma), tietopätkiä saatetaan poistaa L1 -välimuistista uusien ohjeiden säilyttämiseksi siltä varalta, että niitä tarvitaan uudelleen. L3 -välimuisti voi sitten poistaa kyseisen ohjearjan, koska se sijaitsee nyt toisessa välimuistissa (kutsutaan yksinomaiseksi välimuistiksi), tai se voi riippua kopiosta (kutsutaan sisällyttäväksi välimuistiksi) CPU: n mallista riippuen.
Esimerkiksi marraskuussa 2008 AMD® julkaisi neljän ytimen Shanghain sirunsa. Jokaisella ytimellä on oma L1- ja L2 -välimuisti, mutta ytimillä on yhteinen L3 -välimuisti. L3 säilyttää kopiot pyydetyistä kohteista, jos toinen ydin tekee seuraavan pyynnön.
Monitasoisen välimuistin arkkitehtuuri kehittyy edelleen. L1 -välimuisti oli aiemmin emolevyn sisäänrakennettu suorittimen ulkopuolella, mutta nyt sekä L1- että L2 -välimuisti on yleisesti sisällytetty CPU -kuolemaan. L3 -välimuisti on tyypillisesti rakennettu emolevyyn, mutta joissakin suoritinmalleissa on jo L3 -välimuisti. Sisäisen välimuistin etuna on, että se on nopeampi, tehokkaampi ja halvempi kuin erillisen välimuistin asettaminen emolevyyn.
Ohjeiden hakeminen välimuistista on nopeampaa kuin järjestelmän RAM -muistin pyytäminen, ja hyvä välimuistisuunnittelu parantaa huomattavasti järjestelmän suorituskykyä. Välimuistin suunnittelu ja strategia ovat erilaiset eri emolevyillä ja suorittimilla, mutta kaikki muu on sama, enemmän välimuistia on parempi.