En standard CPU har tre kärndelar. Dessa är substratet, CPU-matrisen och IHS. Substratet är kretskortet som resten av processorn är placerad på. Den har anslutningsstiften för CPU-uttaget på undersidan. CPU-matrisen är den faktiska CPU: n. Det är just etsat kisel som utför bearbetningen. CPU-matrisen har också CPU-cache-nivåerna direkt integrerade för att minimera kommunikationstider. IHS är den integrerade värmespridaren. Den trycker direkt på CPU-matrisen och överför värmen den producerar till CPU-kylaren. IHS erbjuder också skydd mot sprickbildning i formen. CPU-matrisen är ganska skör, och monteringstrycket på CPU-kylaren kan spricka den. IHS neutraliserar denna risk eftersom den inte överför det trycket till CPU-matrisen.
Multi-Chip-moduler
Paketsubstratet tillhandahåller all anslutning för CPU-matrisen, och dirigerar de elektriska signalerna från var och en av de använda stiften till CPU-matrisen. Tyvärr fungerar detta inte lika bra när det finns flera dies på en enda CPU. Detta kan bero på att de använder en standardchiplet-arkitektur eller för att chipets design är mer komplex. Detta skulle till exempel också gälla om CPU: n hade en FPGA eller minne direkt på paketet. Medan MCM- eller Multi-Chip Module-processorer kan arbeta med bara ett substrat, som AMDs Ryzen-processorer visar, var ett alternativ, speciellt använt i tidigare chipletdesigner, att använda en interposer.
En interposer är helt enkelt ett mellanliggande lager mellan paketsubstratet och CPU-matrisen. Interposern är gjord av kisel, vilket gör den ganska dyr, men inte lika dyr som modernare 3D-stackningstekniker. Kiselmellanläggaren är vanligtvis konfigurerad att ansluta till paketets substrat via en BGA eller Ball Grid Array. Detta är en uppsättning små lödkulor, vilket innebär att mellanlägget fysiskt hålls ovanför förpackningssubstratet, jämfört med CPU-matrisen som är direkt smält till substratet eller interposern med elektrisk anslutning som tillhandahålls av koppar pelare. Mellanläggaren använder sedan TSV eller Through Silicon Vias för att skicka igenom de elektriska signalerna utan försämring. Kiselmellanläggaren möjliggör också kommunikationsanslutning mellan stansar.
Fördelar med att använda en interposer
En interposer erbjuder två huvudsakliga fördelar jämfört med att placera CPU-matrisen direkt på paketets substrat. För det första har kiselmellanlägget en mycket lägre termisk expansionskoefficient. Det gör att mindre lödbullar kan användas då kislet klarar den ökade termiska belastningen. Det betyder också att I/O-anslutning kan vara betydligt tätare än när man bygger direkt på substratet, vilket möjliggör högre bandbredd eller bättre användning av formutrymmet.
Den andra fördelen är att kiselmellanlägg kan ha mycket smalare spår etsade in i dem än vad substratet kan. Tillåter tätare mer komplexa kretsar. En annan fördel som bara kan påverka vissa företag är att kiselsubstratet kan etsas med hjälp av äldre CPU-etsningshårdvara. Om ett företag redan har denna hårdvara liggandes oanvänd kan den återanvändas för detta ändamål. Moderna små processnoder behövs inte, vilket innebär att hårdvarukostnaderna för etsmaskineriet är minimala, åtminstone i jämförelse med moderna tillverkningsnoder.
Slutsats
En interposer är en mellanhand mellan paketsubstratet och CPU-matrisen. Den är vanligtvis gjord av kisel. Den erbjuder god termisk stabilitet för småskaliga anslutningar med hög densitet. Den här funktionen är särskilt användbar för chipletbaserade processorer.