從CPU的物理結構談談CPU的新技術[圖]

　　CPU經過多年的發展，其物理結構也經過許多變化，現在的CPU物理結構可分為內核、基板、填充物、封裝以及接口五部分。基板上還有控制邏輯、貼片電容等。

　　1.內核

　　(1)CPU的中間的長方形或者正方形部分就是CPU內核的地方，由單晶硅做成的芯片。所有的計算、接受/存儲命令、處理數據都是在這裡進行的。CPU核心的另一面，也就是被蓋在陶瓷電路基板下面的那面要和外界的電路相連接。現在的CPU都有以千萬計算的晶體管，它們都要連到外面的電路上，而連接的方法則是將每若乾個晶體管焊上一根導線連到外電路上。例如Duron核心上面需要焊上3000條導線，而奔騰4的數量為5000條，用於服務器的64位處理器Itanium則達到了7500條。這麼小的芯片上要安放這麼多的焊點，這些焊點必須非常的小，設計起來也要非常的小心。由於所有的計算都要在很小的芯片上進行，所以CPU內核會散發出大量的熱，核心內部溫度可以達到上百度，而表面溫度也會有數十度，一旦溫度過高，就會造成CPU運行不正常甚至燒毀，因此很多電腦書籍或者雜志都會常常強調對CPU散熱的重要性。

　　CPU內核的內部結構，就更為復雜了，CPU的基本運算操作有三種：讀取數據、對數據進行處理、然後把數據寫回到存儲器上。對於由最簡單的信息構成的數據，CPU只需要四個部分來實現它對數據的操作：指令、指令指示器、寄存器、算術邏輯單元，此外，CPU還包括一些協助基本單元完成工作的附加單元等。

　　(2)CPU內核的發展。隨著CPU技術的不斷發展，IC設計技術也越來越先進。目前的CPU晶體管數目都有幾千萬，Athlon XP達到了5000萬之多。晶體管的增多需要IC技術的進步，因為只有更高的集成度的工藝，纔能降低晶體管增加帶來的功耗，而且更高的集成度意味著制作成本的降低，也可以一定程度上抵消晶體管增加帶來的成本增加。目前主流CPU制作工藝是0.13微米，未來的CPU將達到0.09微米。

　　2.基板

　　CPU基板就是承載CPU內核用的電路板，它負責內核芯片和外界的一切通訊，並決定這一顆芯片的時鍾頻率，在它上面，有我們經常在電腦主板上見到的電容、電阻，還有決定了CPU時鍾頻率的電路橋(俗稱金手指)，在基板的背面或者下沿，還有用於和主板連接的針腳或者卡式接口。

　　比較早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，目前AMD的Duron仍然采用這種材料，而最新的CPU，例如P3、Celeron2，Palomino內核的AthlonXP，都轉用了有機物制造，它能提供更好的電氣和散熱性能。

　　3.填充物

　　CPU內核和CPU基板之間往往還有填充物，填充物的作用是用來緩解來自散熱器的壓力以及固定芯片和電路基板，由於它連接著溫度有較大差異的兩個方面，所以必須保證十分的穩定，它的質量的優劣有時就直接影響著整個CPU的質量。

　　4.封裝

　　(1)設計制作好的CPU硅片將通過幾次嚴格的測試，若合格就會送至封裝廠切割、劃分成用於單個CPU的硅模並置入到封裝中。"封裝"不但是給CPU穿上外衣，更是它的保護神，否則CPU的核心就不能與空氣隔離和避免塵埃的侵害。此外，良好的封裝設計還能有助於CPU芯片散熱，並很好的讓CPU與主板連接，因此封裝技術本身就是高科技產品的組成部分。

　　(2)封裝的發展。隨著CPU的集成度及發熱量的提高，CPU的封裝技術也在不斷進步。目前最常見的是PGA(Pin-Grid Array，針柵陣列)封裝，通常這種封裝是正方形的或者是長方形的，在CPU的邊緣周圍均勻的分布著三、四排甚至更多排的引腳，引腳能插入主板CPU插座上對應的插孔，從而實現與主板的連接。絕大多數CPU都采用了一種翻轉內核的封裝形式，也就是說平時我們所看到的CPU內核其實是這顆硅芯片的底部，它是翻轉後封裝在陶瓷電路基板上的，這樣的好處是能夠使CPU內核直接與散熱裝置接觸。這種技術也被使用在當今絕大多數的CPU上。隨著CPU總線帶度的增加、功能的增強，CPU的引腳數目也在不斷地增多，同時對散熱和各種電氣特性的要求也更高，這就演化出了SPGA(Staggered Pin-Grid Array，交錯針柵陣列)，PPGA(Plastic Pin-Grid Array，塑料針柵陣列)等封裝方式。

　　5.接口

　　(1)PC的各個配件都是通過某個接口與主板連接的，例如AGP顯示卡是通過AGP接口於主板連接，聲卡通過PCI接口連接。CPU也不例外，CPU的接口有針腳式、引腳式、卡式、觸點式等。現在CPU的接口都是針腳式接口，有Socket478和Socket462等。

　　(2)接口的發展。接口的發展也隨著CPU的發展而發展。未來有Socket T以及Socket754、940等接口。其中Socket T接口是Intel下一代處理器的接口，用觸點連接方式代替現在的針腳式接口。而Socket754、940是AMD的64位處理器的接口方式，和現在的Socket462針腳式接口一樣，不過集成度十分高，布局緊密。