受工艺技术方面的影响，AMD处理器的缓存容量一直都要落后于Intel，AMD自己也清楚自己无法在宝贵的die上加入更多的晶体管来实现大容量的缓存，但是勇于创新的AMD却找到了更好的办法——集成内存控制器。
处理器整合内存控制器可以说是一项杰作，拥有整合内存控制器的K8构架仅依靠512KB的L2缓存就能够击败当时的对手Pentium 4。直到现在的Athlon 64 X2也依然保持着Intel 2002年就已过时的512KB L2缓存。
现在Core 2已经拥有了4MB的L2缓存，看来Intel和AMD之间的缓存差距还将保持，因为Barcelona的L2缓存依然是512KB。相比之下，Intel四核的Kentsfield芯片拥有8MB的L2缓存，而2007年末上市的新型Penryn芯片将拥有12MB的L2缓存。
Barcelona的缓存体系和K8构架有一定的相似之处，它的四颗核心各拥有64KB的L1缓存和512KB的L2缓存。从简化芯片设计的角度来看，四核心共享巨大的L2缓存对K8L构架而言并不合适，所以AMD引入了L3缓存，得益于65nm工艺，Barcelona在一颗晶圆上集成四颗核心外，还集成了一块2MB容量的L3缓存。也就是说L3缓存与4颗内核同样原生于一块晶圆，其容量为最小2M起跳。同L2缓存一样，L3缓存也是独立的，L1缓存的数据和L3缓存的数据将不会重复。
Barcelona的缓存工作原理是：L2缓存是作为L1缓存的备用空间。L1缓存储存着CPU当前最需要的数据，而当空间不足时，一些不是最重要的数据就转移到L2缓存中。而当未来再次需要时，则从L2缓存中再次转移到L1缓存中。新加入的L3缓存延续了L2缓存的角色，四颗核心的L2缓存将溢出的数据暂时寄存在L3缓存中。
L1缓存和L2缓存依然分别是2路和16路，L3缓存则是32路。快速的32路L3缓存不仅可以更好的满足多任务并行，而且对单任务的执行也有着较大积极作用。尤其在3D运用方面，2MB的L3缓存将对性能产生极大的推进作用。
