Если вы ссылаетесь на HttpContext.Current.Cache, то он будет частью процесса w3wp. Кэширование этой формы хранится в памяти и не требует сериализации.
Он не должен пересекать границы процесса, это будет катастрофой, если это произойдет. Это касается и маршаллинга.