Predmemorija razine 3 ili L3 je specijalizirana memorija koja radi ruku pod ruku s L1 i L2 predmemorije radi poboljšanja performansi računala. L1, L2 i L3 predmemorija su predmemorije računalne procesorske jedinice (CPU), u odnosu na druge vrste predmemorije u sustavu kao što je predmemorija tvrdog diska. CPU predmemorija zadovoljava potrebe mikroprocesora predviđanjem zahtjeva za podacima tako da se upute za obradu daju bez odgađanja. CPU cache je brži od memorije s slučajnim pristupom (RAM) i dizajniran je da spriječi uska grla u izvedbi.
Kada je zahtjev napravljen od sustava, CPU zahtijeva upute za izvršavanje tog zahtjeva. CPU radi mnogo puta brže od RAM-a sustava, pa kako bi se smanjila kašnjenja, L1 predmemorija ima spremne bitove podataka za koje predviđa da će biti potrebni. L1 cache je vrlo mali, što mu omogućuje da bude vrlo brz. Ako upute nisu prisutne u L1 predmemoriji, CPU provjerava L2, malo veći skup predmemorije, s malo dužim kašnjenjem. Sa svakim promašajem predmemorije izgleda na sljedeću razinu predmemorije. L3 cache može biti daleko veći od L1 i L2, a iako je također sporiji, još uvijek je puno brži od dohvaćanja iz RAM-a.
Pod pretpostavkom da se potrebne instrukcije nađu u L3 predmemoriji (pogodak u predmemoriji), bitovi podataka mogu biti izbačeni iz L1 predmemorije kako bi zadržali nove instrukcije u slučaju da budu ponovno potrebne. L3 predmemorija tada može ukloniti tu liniju uputa budući da se sada nalazi u drugoj predmemoriji (koja se naziva ekskluzivna predmemorija) ili može ostati na kopiji (koja se naziva inkluzivna predmemorija), ovisno o dizajnu CPU-a.
Na primjer, u studenom 2008. AMD® je objavio svoj četverojezgreni Shanghai čip. Svaka jezgra ima svoju L1 i L2 predmemoriju, ali jezgre dijele zajedničku L3 predmemoriju. L3 čuva kopije traženih stavki u slučaju da druga jezgra uputi naknadni zahtjev.
Arhitektura za predmemoriju na više razina nastavlja se razvijati. L1 predmemorija je nekada bila vanjska u odnosu na CPU, ugrađena u matičnu ploču, ali sada su i L1 i L2 predmemorije obično ugrađene u CPU matricu. L3 predmemorija je obično ugrađena u matičnu ploču, ali neki modeli CPU-a već uključuju L3 predmemoriju. Prednost ugrađene predmemorije je ta što je brža, učinkovitija i jeftinija od postavljanja zasebne predmemorije na matičnu ploču.
Dohvaćanje instrukcija iz predmemorije brže je od pozivanja RAM-a sustava, a dobar dizajn predmemorije uvelike poboljšava performanse sustava. Dizajn i strategija predmemorije bit će različiti na različitim matičnim pločama i CPU-ima, ali ako je sve ostalo jednako, više predmemorije je bolje.