Una CPU standard ha tre parti principali. Questi sono il substrato, il die della CPU e l'IHS. Il substrato è il PCB su cui è posizionato il resto della CPU. Ha i pin del connettore della presa della CPU sul lato inferiore. Il die della CPU è la CPU effettiva. È il silicio inciso con precisione che esegue l'elaborazione. Il die CPU presenta anche i livelli di cache della CPU direttamente integrati per ridurre al minimo i tempi di comunicazione. L'IHS è il dissipatore di calore integrato. Preme direttamente sul die della CPU e trasmette il calore che produce al dispositivo di raffreddamento della CPU. L'IHS offre anche protezione contro la rottura della matrice. Il die della CPU è abbastanza fragile e la pressione di montaggio del dispositivo di raffreddamento della CPU potrebbe romperlo. L'IHS neutralizza questo rischio in quanto non trasmette quella pressione al die della CPU.
Moduli multichip
Il substrato del pacchetto fornisce tutta la connettività per il die della CPU, instradando i segnali elettrici da ciascuno dei pin utilizzati al die della CPU. Sfortunatamente, questo non funziona altrettanto bene quando ci sono più die su una singola CPU. Ciò può essere dovuto al fatto che stanno utilizzando un'architettura chiplet standard o perché il design del chip è più complesso. Ad esempio, ciò si applicherebbe anche se la CPU presentasse un FPGA o una memoria direttamente sul pacchetto. Mentre le CPU MCM o Multi-Chip Module possono funzionare solo con un substrato, come mostrano le CPU Ryzen di AMD, un'alternativa, utilizzata soprattutto nei progetti di chiplet precedenti, era quella di utilizzare un interposer.
Un interposer è semplicemente uno strato intermedio tra il substrato del pacchetto e il die della CPU. L'Interposer è fatto di silicio, il che lo rende abbastanza costoso, anche se non così costoso come le più moderne tecniche di impilamento degli stampi 3D. L'interposer di silicio è tipicamente configurato per connettersi al substrato del pacchetto tramite un BGA o Ball Grid Array. Questa è una serie di piccole sfere di saldatura, il che significa che l'interposer è fisicamente tenuto sopra il substrato del pacchetto, rispetto al die della CPU che è direttamente fuso al substrato o all'interposer con connettività elettrica fornita dal rame pilastri. L'interposer utilizza quindi TSV o Through Silicon Vias per far passare i segnali elettrici senza alcuna degradazione. L'interposer in silicio consente anche la connettività di comunicazione die-to-die.
Vantaggi dell'utilizzo di un interposer
Un interposer offre due vantaggi principali rispetto al posizionamento del die della CPU direttamente sul substrato del pacchetto. In primo luogo, l'interposer di silicio ha un coefficiente di dilatazione termica molto più basso. Ciò significa che è possibile utilizzare protuberanze di saldatura più piccole poiché il silicio può sopportare l'aumento del carico termico. Significa anche che la connettività I/O può essere significativamente più densa rispetto a quando si costruisce direttamente sul substrato, consentendo larghezze di banda maggiori o un migliore utilizzo dello spazio del die.
Il secondo vantaggio è che gli interposer di silicio possono avere tracce incise molto più strette rispetto al substrato. Consentendo circuiti più densi e complessi. Un altro vantaggio che potrebbe interessare solo alcune aziende è che il substrato di silicio può essere inciso con l'uso di hardware di incisione della CPU legacy. Se un'azienda ha già questo hardware inutilizzato, può essere riutilizzato per questo scopo. I moderni piccoli nodi di processo non sono necessari, il che significa che i costi hardware per i macchinari di incisione sono minimi, almeno rispetto ai moderni nodi di fabbricazione.
Conclusione
Un interposer è un intermediario tra il substrato del pacchetto e il die della CPU. Di solito è fatto di silicio. Offre una buona stabilità termica per connessioni su piccola scala e ad alta densità. Questa funzione è particolarmente utile per le CPU basate su chiplet.