3D V-Cache是AMD在Zen 3和Zen 4架构上引入的一项创新缓存技术。传统上，CPU的L3缓存是在芯片平面上横向扩展的，受限于芯片面积，容量难以大幅增加。3D V-Cache通过垂直堆叠的方式，将额外的L3缓存（通常为64MB）直接堆叠在CCD（Core Complex Die）上方，通过硅通孔（TSV）和混合键合技术与原缓存连接。这样可以在不显著增加芯片面积的情况下，将L3缓存容量提升三倍（例如5800X3D从32MB增加到96MB）。
游戏性能提升的核心原因在于：现代游戏引擎对缓存的需求极高，尤其是开放世界游戏，需要频繁访问大量纹理、几何数据。更大的L3缓存可以有效减少缓存未命中，降低数据从内存读取的延迟。5800X3D相比同频的5800X，游戏性能平均提升15-20%，在某些吃缓存场景甚至超过40%。
但是，3D V-Cache也有代价。首先，堆叠的缓存层增加了散热难度，因此这些CPU的默认频率通常略低于非3D版本（例如5800X3D基频3.4GHz，而5800X为3.8GHz）。其次，对于对缓存不敏感的应用（如轻量级办公、简单计算），性能提升很小甚至没有。另外，由于缓存容量增大，部分依赖缓存延迟的应用（如某些科学计算）可能因缓存访问延迟略微增加而性能下降。总体来说，3D V-Cache是针对游戏优化的利器，适合追求极致游戏帧率的玩家。