Uma CPU padrão tem três partes principais. Estes são o substrato, a matriz da CPU e o IHS. O substrato é o PCB no qual o resto da CPU é colocado. Ele tem os pinos do conector do soquete da CPU em sua parte inferior. O dado da CPU é a CPU real. É o silício gravado com precisão que realiza o processamento. A CPU die também apresenta as camadas de cache da CPU diretamente integradas para minimizar os tempos de comunicação. O IHS é o Espalhador de Calor Integrado. Ele pressiona diretamente a matriz da CPU e transmite o calor que produz para o cooler da CPU. O IHS também oferece proteção contra rachaduras na matriz. A matriz da CPU é bastante frágil, e a pressão de montagem do cooler da CPU pode quebrá-la. O IHS neutraliza esse risco, pois não transmite essa pressão para a CPU.
Módulos com vários chips
O substrato do pacote fornece toda a conectividade para a matriz da CPU, roteando os sinais elétricos de cada um dos pinos usados para a matriz da CPU. Infelizmente, isso não funciona tão bem quando há várias matrizes em uma única CPU. Isso pode ser porque eles estão usando uma arquitetura chiplet padrão ou porque o design do chip é mais complexo. Por exemplo, isso também se aplicaria se a CPU apresentasse um FPGA ou memória diretamente no pacote. Enquanto as CPUs MCM ou Multi-Chip Module podem trabalhar com apenas um substrato, como mostram as CPUs AMD Ryzen, uma alternativa, especialmente usada em designs de chiplet anteriores, era usar um interposer.
Um interposer é simplesmente uma camada intermediária entre o substrato do pacote e a matriz da CPU. O Interposer é feito de silício, o que o torna bastante caro, embora não tão caro quanto as técnicas de empilhamento de matriz 3D mais modernas. O interposer de silício é normalmente configurado para se conectar ao substrato do pacote por meio de um BGA ou Ball Grid Array. Esta é uma matriz de pequenas bolas de solda, o que significa que o interposer é fisicamente mantido acima do substrato do pacote, em comparação com a matriz da CPU que é fundida diretamente ao substrato ou interposer com conectividade elétrica fornecida por cobre pilares. O interposer então usa TSVs ou Through Silicon Vias para passar os sinais elétricos sem degradação. O interposer de silício também permite conectividade de comunicação die-to-die.
Benefícios de usar um interposer
Um interposer oferece dois benefícios principais em relação à colocação da matriz da CPU diretamente no substrato do pacote. Em primeiro lugar, o interposer de silício tem um coeficiente de expansão térmica muito menor. Isso significa que pequenas saliências de solda podem ser usadas, pois o silício pode lidar com o aumento da carga térmica. Isso também significa que a conectividade de E/S pode ser significativamente mais densa do que ao construir diretamente no substrato, permitindo larguras de banda mais altas ou melhor uso do espaço da matriz.
O segundo benefício é que os intermediários de silício podem ter traços muito mais estreitos gravados neles do que o substrato. Permitindo circuitos mais densos e complexos. Outra vantagem que pode afetar apenas algumas empresas é que o substrato de silício pode ser gravado com o uso de hardware de gravação de CPU legado. Se uma empresa já tiver esse hardware sem uso, ele poderá ser reutilizado para essa finalidade. Os pequenos nós de processo modernos não são necessários, o que significa que os custos de hardware para o maquinário de gravação são mínimos, pelo menos em comparação com os nós de fabricação modernos.
Conclusão
Um interposer é um intermediário entre o substrato do pacote e a matriz da CPU. Normalmente é feito de silício. Oferece boa estabilidade térmica para conexões de pequena escala e alta densidade. Esse recurso é particularmente útil para CPUs baseadas em chiplet.