En standard CPU har tre kjernedeler. Dette er substratet, CPU-matrisen og IHS. Substratet er PCB-en som resten av CPU-en er plassert på. Den har CPU-kontakten på undersiden. CPU-matrisen er den faktiske CPU. Det er nøyaktig etset silisium som utfører behandlingen. CPU-matrisen har også CPU-hurtigbufferlagene direkte integrert for å minimere kommunikasjonstiden. IHS er den integrerte varmesprederen. Den trykker direkte på CPU-dysen og overfører varmen den produserer til CPU-kjøleren. IHS gir også beskyttelse mot sprekker. CPU-dysen er ganske sprø, og monteringstrykket til CPU-kjøleren kan knekke den. IHS nøytraliserer denne risikoen ettersom den ikke overfører det trykket til CPU-matrisen.
Multi-Chip-moduler
Pakkesubstratet gir all tilkobling for CPU-dysen, og dirigerer de elektriske signalene fra hver av de brukte pinnene til CPU-dysen. Dessverre fungerer ikke dette like bra når det er flere dies på en enkelt CPU. Dette kan være fordi de bruker en standard brikkearkitektur eller fordi utformingen av brikken er mer kompleks. For eksempel vil dette også gjelde hvis CPU-en inneholdt en FPGA eller minne direkte på pakken. Mens MCM eller Multi-Chip Module CPUer kan fungere med bare et substrat, som AMDs Ryzen CPUer viser, var et alternativ, spesielt brukt i tidligere brikkedesign, å bruke en interposer.
En interposer er ganske enkelt et mellomlag mellom pakkesubstratet og CPU-dysen. Interposer er laget av silisium, noe som gjør den ganske dyr, men ikke så dyr som mer moderne 3D-formstablingsteknikker. Silisiuminnleggeren er vanligvis konfigurert til å koble til pakkesubstratet via en BGA eller Ball Grid Array. Dette er en rekke små loddekuler, som betyr at mellomleggeren holdes fysisk over pakkesubstratet, sammenlignet med CPU-dysen som er direkte smeltet til substratet eller interposer med elektrisk tilkobling levert av kobber søyler. Mellomleggeren bruker deretter TSV-er eller Through Silicon Vias for å sende de elektriske signalene gjennom uten forringelse. Silisiuminnleggeren tillater også kommunikasjonstilkobling mellom dør og dør.
Fordeler med å bruke en interposer
En interposer gir to hovedfordeler fremfor å plassere CPU-dysen direkte på pakkesubstratet. For det første har silisiuminnleggeren en mye lavere termisk ekspansjonskoeffisient. Dette betyr at mindre loddestøt kan brukes da silisiumet tåler den økte termiske belastningen. Det betyr også at I/O-tilkoblingen kan være betydelig tettere enn når du bygger direkte på underlaget, noe som gir mulighet for høyere båndbredder eller bedre bruk av formplass.
Den andre fordelen er at silisiuminnleggere kan ha mye smalere spor etset inn i seg enn substratet kan. Tillater tettere mer komplekse kretsløp. En annen fordel som kanskje bare påvirker enkelte selskaper, er at silisiumsubstratet kan etses med bruk av eldre CPU-etsingsmaskinvare. Hvis en bedrift allerede har denne maskinvaren liggende ubrukt, kan den gjenbrukes til dette formålet. Moderne små prosessnoder er ikke nødvendig, noe som betyr at maskinvarekostnadene for etsemaskineriet er minimale, i det minste sammenlignet med moderne fabrikasjonsnoder.
Konklusjon
En interposer er et mellomledd mellom pakkesubstratet og CPU-dysen. Den er vanligvis laget av silisium. Den gir god termisk stabilitet for småskala tilkoblinger med høy tetthet. Denne funksjonen er spesielt nyttig for brikkebaserte CPUer.