Μια τυπική CPU έχει τρία βασικά μέρη. Αυτά είναι το υπόστρωμα, το καλούπι της CPU και το IHS. Το υπόστρωμα είναι το PCB στο οποίο τοποθετείται η υπόλοιπη CPU. Διαθέτει τις ακίδες υποδοχής της CPU στην κάτω πλευρά του. Το CPU die είναι η πραγματική CPU. Είναι ακριβώς χαραγμένο πυρίτιο που εκτελεί την επεξεργασία. Το καλούπι της CPU διαθέτει επίσης τις βαθμίδες κρυφής μνήμης CPU ενσωματωμένες άμεσα για την ελαχιστοποίηση του χρόνου επικοινωνίας. Το IHS είναι ο Ενσωματωμένος Διανομέας Θερμότητας. Πιέζει απευθείας στο καλούπι της CPU και μεταδίδει τη θερμότητα που παράγει στο ψυγείο της CPU. Το IHS προσφέρει επίσης προστασία από το ράγισμα της μήτρας. Το καλούπι της CPU είναι αρκετά εύθραυστο και η πίεση τοποθέτησης του ψυγείου της CPU μπορεί να το σπάσει. Το IHS εξουδετερώνει αυτόν τον κίνδυνο καθώς δεν μεταδίδει αυτήν την πίεση στο καλούπι της CPU.
Ενότητες πολλαπλών τσιπ
Το υπόστρωμα συσκευασίας παρέχει όλη τη συνδεσιμότητα για το καλούπι της CPU, δρομολογώντας τα ηλεκτρικά σήματα από κάθε μία από τις χρησιμοποιημένες ακίδες στο καλούπι της CPU. Δυστυχώς, αυτό δεν λειτουργεί εξίσου καλά όταν υπάρχουν πολλαπλοί μήτρες σε μία μόνο CPU. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι χρησιμοποιούν μια τυπική αρχιτεκτονική chiplet ή επειδή ο σχεδιασμός του τσιπ είναι πιο περίπλοκος. Για παράδειγμα, αυτό θα ισχύει επίσης εάν η CPU διέθετε FPGA ή μνήμη απευθείας στη συσκευασία. Ενώ οι CPU MCM ή Multi-Chip Module μπορούν να λειτουργήσουν μόνο με ένα υπόστρωμα, όπως δείχνουν οι επεξεργαστές Ryzen της AMD, μια εναλλακτική λύση, που χρησιμοποιήθηκε ειδικά σε προηγούμενα σχέδια chiplet, ήταν η χρήση ενός παρεμβολέα.
Ένας παρεμβολέας είναι απλώς ένα ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ του υποστρώματος της συσκευασίας και του καλουπιού της CPU. Το Interposer είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο, γεγονός που το καθιστά αρκετά ακριβό, αν και όχι τόσο ακριβό όσο οι πιο σύγχρονες τεχνικές στοίβαξης 3D καλουπιών. Ο παρεμβολέας πυριτίου είναι τυπικά διαμορφωμένος ώστε να συνδέεται με το υπόστρωμα της συσκευασίας μέσω BGA ή Ball Grid Array. Αυτή είναι μια σειρά από μικρές σφαίρες συγκόλλησης, που σημαίνει ότι η παρεμβολή συγκρατείται φυσικά πάνω από το υπόστρωμα της συσκευασίας, σε σύγκριση με το καλούπι της CPU που είναι άμεσα συγχωνευμένο με το υπόστρωμα ή τον παρεμβολέα με ηλεκτρική συνδεσιμότητα που παρέχεται από χαλκό πυλώνες. Στη συνέχεια, ο παρεμβολέας χρησιμοποιεί TSV ή Through Silicon Vias για να περάσει τα ηλεκτρικά σήματα χωρίς υποβάθμιση. Ο παρεμβολέας πυριτίου επιτρέπει επίσης τη συνδεσιμότητα επικοινωνίας.
Οφέλη από τη χρήση παρεμβολέα
Ένας παρεμβολέας προσφέρει δύο κύρια πλεονεκτήματα από την τοποθέτηση του καλουπιού της CPU απευθείας στο υπόστρωμα της συσκευασίας. Πρώτον, ο παρεμβολέας πυριτίου έχει πολύ χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρότερα εξογκώματα συγκόλλησης καθώς το πυρίτιο μπορεί να χειριστεί το αυξημένο θερμικό φορτίο. Σημαίνει επίσης ότι η συνδεσιμότητα I/O μπορεί να είναι σημαντικά πιο πυκνή από ό, τι όταν χτίζεται απευθείας στο υπόστρωμα, επιτρέποντας μεγαλύτερα εύρη ζώνης ή καλύτερη χρήση του χώρου καλουπιών.
Το δεύτερο πλεονέκτημα είναι ότι οι παρεμβολείς πυριτίου μπορούν να έχουν πολύ στενότερα ίχνη χαραγμένα σε αυτά από ό, τι το υπόστρωμα. Επιτρέποντας πιο πυκνά πιο πολύπλοκα κυκλώματα. Ένα άλλο πλεονέκτημα που μπορεί να επηρεάσει μόνο ορισμένες εταιρείες είναι ότι το υπόστρωμα πυριτίου μπορεί να χαραχθεί με τη χρήση παλαιού υλικού χάραξης CPU. Εάν μια εταιρεία έχει ήδη αυτό το υλικό που βρίσκεται αχρησιμοποίητο, μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για αυτόν τον σκοπό. Δεν χρειάζονται σύγχρονοι μικροί κόμβοι διεργασίας που σημαίνει ότι το κόστος υλικού για τα μηχανήματα χάραξης είναι ελάχιστο, τουλάχιστον σε σύγκριση με τους σύγχρονους κόμβους κατασκευής.
συμπέρασμα
Ένας παρεμβολέας είναι ένας ενδιάμεσος μεταξύ του υποστρώματος συσκευασίας και του καλουπιού της CPU. Είναι συνήθως κατασκευασμένο από πυρίτιο. Προσφέρει καλή θερμική σταθερότητα για συνδέσεις μικρής κλίμακας υψηλής πυκνότητας. Αυτή η δυνατότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για CPU που βασίζονται σε chiplet.