Predpomnilnik stopnje 3 ali L3 je specializiran pomnilnik, ki deluje z roko v roki s predpomnilnikom L1 in L2 za izboljšanje zmogljivosti računalnika. Predpomnilnik L1, L2 in L3 so predpomnilniki računalniške procesne enote (CPU), ki se razlikujejo od drugih vrst predpomnilnikov v sistemu, kot je predpomnilnik trdega diska. Predpomnilnik CPU poskrbi za potrebe mikroprocesorja s predvidevanjem podatkovnih zahtev, tako da so navodila za obdelavo zagotovljena brez odlašanja. Predpomnilnik CPU je hitrejši od pomnilnika z naključnim dostopom (RAM) in je zasnovan tako, da preprečuje ozka grla pri delovanju.
Ko se zahteva zahteva od sistema, CPU zahteva navodila za izvedbo te zahteve. CPU deluje velikokrat hitreje kot sistemski RAM, zato ima predpomnilnik L1 za zmanjšanje zamud pripravljene koščke podatkov, za katere predvideva, da bodo potrebni. Predpomnilnik L1 je zelo majhen, kar omogoča, da je zelo hiter. Če navodila niso prisotna v predpomnilniku L1, CPU preveri L2, nekoliko večji bazen predpomnilnika, z malo daljšo zamudo. Z vsako zamudo predpomnilnika je videti na naslednjo raven predpomnilnika. Predpomnilnik L3 je lahko veliko večji od L1 in L2, in čeprav je tudi počasnejši, je še vedno veliko hitrejši od pridobivanja iz RAM-a.
Ob predpostavki, da so potrebna navodila najdena v predpomnilniku L3 (zadetek predpomnilnika), se lahko deli podatkov izločijo iz predpomnilnika L1, da bi shranili nova navodila, če jih znova potrebujete. Predpomnilnik L3 lahko nato odstrani to vrstico navodil, saj je zdaj v drugem predpomnilniku (imenovanem ekskluzivni predpomnilnik), ali pa se lahko obesi na kopiji (imenovanem vključujoči predpomnilnik), odvisno od zasnove CPE.
Na primer, novembra 2008 je AMD® izdal svoj štirijedrni čip Shanghai. Vsako jedro ima svoj predpomnilnik L1 in L2, vendar si jedra delita skupni predpomnilnik L3. L3 hrani kopije zahtevanih artiklov, če drugo jedro pošlje naknadno zahtevo.
Arhitektura za predpomnilnik na več ravneh se še naprej razvija. Predpomnilnik L1 je bil včasih zunanji za CPE in je bil vgrajen v matično ploščo, zdaj pa sta predpomnilnika L1 in L2 običajno vključena v matrico CPU. Predpomnilnik L3 je običajno vgrajen v matično ploščo, vendar nekateri modeli CPU že vključujejo predpomnilnik L3. Prednost vgrajenega predpomnilnika je, da je hitrejši, učinkovitejši in cenejši od postavitve ločenega predpomnilnika na matično ploščo.
Pridobivanje navodil iz predpomnilnika je hitrejše od klicanja sistemskega RAM-a, dobra zasnova predpomnilnika pa močno izboljša delovanje sistema. Zasnova in strategija predpomnilnika bosta različni na različnih matičnih ploščah in CPU-jih, vendar je vse ostalo enako, več predpomnilnika je boljše.