حافظه L2 cache بسیار بزرگتر و یكپارچه تر از L1 است این حافظه اطلاعات بیشتری را می تواند از رم دریافت كند. در پرسسور های نسل قدیم این حافظه جدای از چیپ اصلی یا روی مادربرد و یا روی برد مخصوص پرسسور (در پرسسور های قدیمی نسل پنتیوم 2) قرار داشت. در اصطلاح به این برد ها برد خواهر هم گفته می شد.
با پیشرفت تكنولوژی حافظه L2 cache توانست بر روی خود پرسسور نصب شود و عملكرد آن در مقایسه با حافظه L1 cache بهتر شد. این حافظه سرعت حافظه L1 cache را ندارد ولی هنوز برای پرسسور سریع تر از رم است.
به طور سنتی حافظه L2 cache در خط مقدم قرار دارد. بنابراین پرسسور را به چیپ ست ها، north bridge و رم متصل می كند.
حافظه L2 cache احتیاج به چیپ بزرگتری دارد چون برای ساخت یك حافظه L2 cache معمولی به میلیون ها ترانزیستور نیاز است این حافظه از نوع SRAM ( رم استاتیك) است. بر خلاف رم معمولی كه از نوعDRAM یا رم دینامیك است. برای ساخت یك بیت DRAM احتیاج به یك ترانزیستور و یك خازن هست در حالیكه برای ساخت یك بیت SRAM حداقل به شش ترانزیستور نیاز دارید. بنابراین ساخت 256 كیلو بایت از حافظه L2 cache نیاز به بیش از 12 میلیون ترانزیستور دارد.
بدیهی است كه هر چه حافظه های L1 و L2 بزرگتر باشند عملكرد پرسسور بهتر است ولی تولید كنندگان اصلی پرسسور ها یعنی Intel و  AMD  سعی می كنند قیمت محصولات خود را منطقی نگه دارند. در این رقابت AMD از حافظه L1 بزرگتری استفاده كرده است در حالیكه Intel سعی كرده از حافظهL1 با كیفیت تر و سریعتری استفاده كند.
یكی از خصوصیات مهم همه انواع رم تاخیر آنهاست. حافظه L1 از حافظه L2 تاخیر كمتری دارد و به همین دلیل است كه عملكرد بهتری دارد. وقتی كه حافظه cache بوسیله پروسسور دور زده می شود تا مستقیما اطلاعات را از رم بخواند تاخیر آن بیشتر می شود برای همین است كه از این حافظه ها استفاده می شود تا سرعت ارسال اطلاعات افزایش یابد. این اتفاق یعنی دور زدن حافظه cache زمانی پیش می اید كه حافظه های cache L1, L2 هر دو معیوب باشند. و سرعت پروسس بسیار كاهش می یابد.
افزایش حافظه L2 cache باعث شده است كه كارایی پروسسور ها به مراتب بیشتر شده است چرا كه گاه مشاهده شده است فقط با افزایش ده درصدی سرعت كلاك و افزایش حافظه L2 cache كارایی پروسسور تا 30 درصد بیشتر شده است.
برای پروسسور هایی كه در مقاصد خاص استفاده می شوند مانند سرور ها و ابر كامپیوتر های ساخت بازی های كامپیوتری و انیمیشن (رندرینگ) از حافظه L2 cache بیشتری استفاده می شود در آنها صد ها میلیون ترانزیستور به كار رفته است.
خوب بنابراین اگر از كامپیوتر خود انتظارات زیادی دارید هنگام خرید CPU به حافظه cache L2 بیشتر دقت كنید.