三级缓存（L3 Cache）是 为读取二级缓存后未命中的数据而设计的一种缓存。它的主要作用是在CPU需要从内存中读取数据时，如果二级缓存中没有找到所需数据，则从三级缓存中读取。由于三级缓存的访问速度比内存快很多，这样可以显著减少CPU等待数据的时间，从而提高处理器的性能。
三级缓存的运作原理类似于一级缓存和二级缓存，但它位于CPU的外部（早期产品是外置的，后来升级产品是内置的），并且容量比二级缓存更大，速度也比二级缓存稍慢。在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。
L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。在服务器领域，增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升，例如，具有较大L3缓存的配置可以更有效地利用物理内存，使较慢的磁盘I/O子系统能够处理更多的数据请求，提供更有效的文件系统缓存行为及较短的消息和处理器队列长度。
总结起来，三级缓存是计算机架构中极其重要的一部分，主要用于提高CPU的性能，通过减少CPU访问主内存的次数，显著提高数据读取和处理的效率。