CPU มาตรฐานมีสามส่วนหลัก สิ่งเหล่านี้คือซับสเตรต ไดย์ CPU และ IHS พื้นผิวคือ PCB ที่วาง CPU ที่เหลือ มีหมุดขั้วต่อซ็อกเก็ต CPU ที่ด้านล่าง CPU die คือ CPU ที่แท้จริง เป็นซิลิกอนที่แกะสลักอย่างแม่นยำซึ่งทำหน้าที่ในการประมวลผล CPU die ยังมีคุณลักษณะระดับแคชของ CPU ที่ผสานรวมโดยตรงเพื่อลดเวลาในการสื่อสาร IHS เป็นระบบกระจายความร้อนแบบบูรณาการ มันกดโดยตรงบนตัวดายของ CPU และส่งความร้อนที่ผลิตไปยังตัวระบายความร้อนของ CPU IHS ยังให้การป้องกันการแตกร้าวของแม่พิมพ์อีกด้วย CPU die ค่อนข้างเปราะ และแรงกดของตัวระบายความร้อน CPU อาจทำให้แตกได้ IHS ช่วยขจัดความเสี่ยงนี้ เนื่องจากไม่ได้ส่งแรงดันดังกล่าวไปยังไดย์ของ CPU
โมดูลหลายชิป
ซับสเตรตของแพ็คเกจให้การเชื่อมต่อทั้งหมดสำหรับดายซีพียู โดยกำหนดเส้นทางสัญญาณไฟฟ้าจากพินที่ใช้แล้วแต่ละอันไปยังดายซีพียู น่าเสียดายที่วิธีนี้ใช้ไม่ได้ผลเช่นกันเมื่อมีดายหลายตัวใน CPU ตัวเดียว อาจเป็นเพราะพวกเขาใช้สถาปัตยกรรมชิปเล็ตมาตรฐานหรือเนื่องจากการออกแบบชิปนั้นซับซ้อนกว่า ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้จะมีผลเช่นกันหาก CPU นำเสนอ FPGA หรือหน่วยความจำบนแพ็คเกจโดยตรง ในขณะที่ซีพียู MCM หรือ Multi-Chip Module สามารถทำงานกับเพียงแค่ซับสเตรต ตามที่ AMDs Ryzen CPUs แสดงให้เห็น อีกทางเลือกหนึ่งโดยเฉพาะที่ใช้ในการออกแบบชิปเล็ตรุ่นก่อนหน้าคือการใช้อินเตอร์โพเซอร์
อินเทอร์โพเซอร์เป็นเพียงเลเยอร์ตัวกลางระหว่างซับสเตรตของแพ็คเกจและไดย์ของ CPU Interposer ทำจากซิลิกอน ซึ่งทำให้ราคาค่อนข้างแพง แม้ว่าจะไม่แพงเท่าเทคนิคการซ้อนไดสแต็ก 3D ที่ทันสมัยกว่าก็ตาม โดยทั่วไปแล้วตัวคั่นระหว่างซิลิกอนจะถูกกำหนดค่าให้เชื่อมต่อกับซับสเตรตของแพ็คเกจผ่าน BGA หรือ Ball Grid Array นี่คืออาร์เรย์ของลูกประสานขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่าตัวคั่นถูกยึดไว้เหนือพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์ เมื่อเทียบกับซีพียูดายที่หลอมรวมโดยตรงกับซับสเตรตหรืออินเตอร์โพเซอร์ด้วยการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจากทองแดง เสา จากนั้น interposer จะใช้ TSV หรือ Through Silicon Vias เพื่อส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านโดยไม่มีการลดระดับ ตัวคั่นด้วยซิลิกอนยังช่วยให้สามารถเชื่อมต่อการสื่อสารแบบได-ทู-ได
ประโยชน์ของการใช้อินเตอร์โพเซอร์
interposer มีประโยชน์หลักสองประการในการวาง CPU die ลงบนพื้นผิวของแพ็คเกจโดยตรง ประการแรกตัวคั่นระหว่างซิลิกอนมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้การกระแทกที่มีขนาดเล็กลงได้เนื่องจากซิลิกอนสามารถรองรับภาระความร้อนที่เพิ่มขึ้นได้ นอกจากนี้ยังหมายความว่าการเชื่อมต่อ I/O อาจมีความหนาแน่นมากกว่าเมื่อสร้างโดยตรงบนซับสเตรต ทำให้มีแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นหรือใช้พื้นที่ดายได้ดียิ่งขึ้น
ประโยชน์ที่สองคือตัวคั่นระหว่างซิลิกอนสามารถมีรอยสลักที่แคบกว่ามากเกินกว่าที่พื้นผิวจะทำได้ ทำให้วงจรมีความหนาแน่นมากขึ้น ข้อดีอีกประการหนึ่งที่อาจส่งผลต่อบางบริษัทเท่านั้นคือสามารถแกะสลักพื้นผิวซิลิกอนโดยใช้ฮาร์ดแวร์การแกะสลัก CPU รุ่นเก่าได้ หากบริษัทมีฮาร์ดแวร์นี้ที่ไม่ได้ใช้งานอยู่แล้ว ก็สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อจุดประสงค์นี้ ไม่จำเป็นต้องใช้โหนดกระบวนการขนาดเล็กสมัยใหม่ หมายความว่าต้นทุนฮาร์ดแวร์สำหรับเครื่องจักรกัดกัดมีน้อยมาก อย่างน้อยก็เมื่อเปรียบเทียบกับโหนดการผลิตที่ทันสมัย
บทสรุป
interposer เป็นตัวกลางระหว่างซับสเตรตของแพ็คเกจและซีพียูได โดยปกติแล้วจะทำจากซิลิโคน มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีสำหรับการเชื่อมต่อขนาดเล็กและมีความหนาแน่นสูง คุณลักษณะนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับซีพียูที่ใช้ชิปเล็ต