Кэш третьего уровная и volatile

значит ли что volatile переменная хранится в кэше третьего уровня, а значит что чуть чуть медленнее?

Нет. Прямой зависимости между volatile переменной и кешем третьего уровня - нет.

Как уже заметили выше, ключевое слово volatile гарантирует, что изменения переменной в одном потоке будут видны остальным потокам из-за правил happens before. Подробнее тут

С кешами L1, L2, L3 работает только сам процессор. Он сам решает какие данные подгружать. У нас нет доступа к кешу процессора ни через С ни через ассемблер (поправьте меня в комментариях, если я не прав) Подробнее на вики.

Теоретически при частом обращении к одной и тоже переменной процессор может положить ее в кеш, но мы не можем гарантировать это на 100%

P.S:

• про низкоуровневую работу volatile Habr
• про синхронизацию кешей процессора Habr