本发明提供一种提升CNFET缓存性能的方法，将访问频繁的数据置于延时短的缓存块，将访问不频繁的数据至于延时长的缓存块，提升了性能，降低了能耗。本发明包括如下步骤：将同一缓存组的缓存块分为短延时组和长延时组；采用二进制表示缓存块的实际延时与基本延时单位比值的整数部分；缓存块的命中信号到达延时存储器时，则延时存储器将对应缓存块的延时二进制数值发送到延时控制器，延时控制器将输入的延时二进制数值保存于本地的计时寄存器，以基本延时单位为周期按1递减计时寄存器；加载新数据到缓存时，如果短延时组存在空闲的缓存块，则新数据加载到该空闲的缓存块中；如果短延时组无空闲缓存块，则新数据加载到长延时组的空闲块中。