Una CPU estándar tiene tres partes principales. Estos son el sustrato, la matriz de la CPU y el IHS. El sustrato es la PCB sobre la que se coloca el resto de la CPU. Tiene los pines del conector del zócalo de la CPU en su parte inferior. La matriz de la CPU es la CPU real. Es silicio grabado con precisión el que realiza el procesamiento. La matriz de la CPU también presenta los niveles de caché de la CPU directamente integrados para minimizar los tiempos de comunicación. El IHS es el disipador de calor integrado. Presiona directamente sobre la matriz de la CPU y transmite el calor que produce al enfriador de la CPU. El IHS también ofrece protección contra el agrietamiento del troquel. La matriz de la CPU es bastante frágil y la creciente presión del enfriador de la CPU podría romperla. El IHS neutraliza este riesgo ya que no transmite esa presión al chip de la CPU.
Módulos de chips múltiples
El sustrato del paquete proporciona toda la conectividad para la matriz de la CPU, enrutando las señales eléctricas de cada uno de los pines utilizados a la matriz de la CPU. Desafortunadamente, esto no funciona tan bien cuando hay varios troqueles en una sola CPU. Esto puede deberse a que utilizan una arquitectura de chiplet estándar o a que el diseño del chip es más complejo. Por ejemplo, esto también se aplicaría si la CPU tuviera una FPGA o memoria directamente en el paquete. Si bien las CPU MCM o Multi-Chip Module pueden funcionar solo con un sustrato, como muestran las CPU Ryzen de AMD, una alternativa, especialmente utilizada en diseños de chiplet anteriores, era usar un intercalador.
Un intercalador es simplemente una capa intermedia entre el sustrato del paquete y la matriz de la CPU. El Interposer está hecho de silicio, lo que lo hace bastante caro, aunque no tanto como las técnicas más modernas de apilamiento de troqueles en 3D. El intercalador de silicio generalmente se configura para conectarse al sustrato del paquete a través de un BGA o Ball Grid Array. Esta es una matriz de pequeñas bolas de soldadura, lo que significa que el intercalador se mantiene físicamente sobre el sustrato del paquete, en comparación con la matriz de la CPU que se fusiona directamente con el sustrato o el intercalador con conectividad eléctrica proporcionada por cobre pilares Luego, el intercalador usa TSV o Through Silicon Vias para pasar las señales eléctricas sin degradación. El intercalador de silicio también permite la conectividad de comunicación de matriz a matriz.
Beneficios de usar un intercalador
Un intercalador ofrece dos beneficios principales en comparación con colocar el chip de la CPU directamente sobre el sustrato del paquete. En primer lugar, el intercalador de silicio tiene un coeficiente de expansión térmica mucho más bajo. Esto significa que se pueden usar protuberancias de soldadura más pequeñas ya que el silicio puede manejar la mayor carga térmica. También significa que la conectividad de E/S puede ser significativamente más densa que cuando se construye directamente sobre el sustrato, lo que permite mayores anchos de banda o un mejor uso del espacio de matriz.
El segundo beneficio es que los intercaladores de silicio pueden tener trazos mucho más estrechos grabados en ellos que en el sustrato. Permitiendo circuitos más densos y complejos. Otra ventaja que puede afectar solo a algunas empresas es que el sustrato de silicio se puede grabar con el uso de hardware de grabado de CPU heredado. Si una empresa ya tiene este hardware sin usar, puede reutilizarlo para este propósito. No se necesitan nodos de proceso pequeños modernos, lo que significa que los costos de hardware para la maquinaria de grabado son mínimos, al menos en comparación con los nodos de fabricación modernos.
Conclusión
Un intercalador es un intermediario entre el sustrato del paquete y la matriz de la CPU. Por lo general, está hecho de silicona. Ofrece buena estabilidad térmica para conexiones de pequeña escala y alta densidad. Esta característica es particularmente útil para CPU basadas en chiplet.