Een standaard CPU heeft drie kernonderdelen. Dit zijn het substraat, de CPU-chip en de IHS. Het substraat is de PCB waarop de rest van de CPU wordt geplaatst. Het heeft de connectorpinnen van de CPU-socket aan de onderkant. De CPU-dobbelsteen is de eigenlijke CPU. Het is precies geëtst silicium dat de verwerking uitvoert. De CPU-matrijs heeft ook de CPU-cachelagen die direct zijn geïntegreerd om de communicatietijden te minimaliseren. De IHS is de geïntegreerde warmteverspreider. Het drukt rechtstreeks op de CPU-matrijs en geeft de warmte die het produceert door aan de CPU-koeler. De IHS biedt ook bescherming tegen het barsten van de matrijs. De CPU-matrijs is redelijk broos en de montagedruk van de CPU-koeler zou hem kunnen kraken. De IHS neutraliseert dit risico omdat het die druk niet doorgeeft aan de CPU-matrijs.
Multichipmodules
Het pakketsubstraat biedt alle connectiviteit voor de CPU-chip, waarbij de elektrische signalen van elk van de gebruikte pinnen naar de CPU-chip worden geleid. Helaas werkt dit niet zo goed als er meerdere sterft op een enkele CPU. Dit kan zijn omdat ze een standaard chiplet-architectuur gebruiken of omdat het ontwerp van de chip complexer is. Dit zou bijvoorbeeld ook van toepassing zijn als de CPU een FPGA of geheugen direct op het pakket zou hebben. Hoewel MCM- of Multi-Chip Module-CPU's met slechts een substraat kunnen werken, zoals AMD's Ryzen-CPU's laten zien, was een alternatief, vooral gebruikt in eerdere chipletontwerpen, het gebruik van een interposer.
Een tussenlaag is gewoon een tussenlaag tussen het pakketsubstraat en de CPU-chip. De Interposer is gemaakt van silicium, wat hem vrij duur maakt, maar niet zo duur als modernere 3D-stacktechnieken. De tussenlaag van silicium is typisch geconfigureerd om verbinding te maken met het pakketsubstraat via een BGA of Ball Grid Array. Dit is een reeks kleine soldeerballen, wat betekent dat de interposer fysiek boven het pakketsubstraat wordt gehouden, in vergelijking met de CPU-chip die direct op het substraat of de interposer is gefuseerd met elektrische connectiviteit die wordt geleverd door koper pijlers. De interposer gebruikt vervolgens TSV's of Through Silicon Vias om de elektrische signalen zonder degradatie door te geven. De silicium interposer zorgt ook voor die-to-die communicatieconnectiviteit.
Voordelen van het gebruik van een tussenvoegsel
Een interposer biedt twee belangrijke voordelen ten opzichte van het direct op het pakketsubstraat plaatsen van de CPU-chip. Ten eerste heeft de tussenlaag van silicium een veel lagere thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit betekent dat kleinere soldeerbultjes kunnen worden gebruikt, omdat het silicium de verhoogde thermische belasting aankan. Het betekent ook dat I/O-connectiviteit aanzienlijk dichter kan zijn dan wanneer direct op het substraat wordt gebouwd, waardoor hogere bandbreedtes of een beter gebruik van die ruimte mogelijk zijn.
Het tweede voordeel is dat in siliciumtussenvoegsels veel smallere sporen kunnen worden geëtst dan op het substraat. Het toestaan van dichtere meer complexe circuits. Een ander voordeel dat alleen sommige bedrijven treft, is dat het siliciumsubstraat kan worden geëtst met behulp van oudere CPU-etshardware. Als een bedrijf deze hardware al ongebruikt heeft liggen, kan deze voor dit doel opnieuw worden gebruikt. Moderne kleine procesknooppunten zijn niet nodig, wat betekent dat de hardwarekosten voor de etsmachines minimaal zijn, althans in vergelijking met moderne fabricageknooppunten.
Conclusie
Een interposer is een tussenpersoon tussen het pakketsubstraat en de CPU-chip. Het is meestal gemaakt van silicium. Het biedt een goede thermische stabiliteit voor kleinschalige verbindingen met een hoge dichtheid. Deze functie is met name handig voor op chiplet gebaseerde CPU's.