Analizele procesoarelor (CPU) sunt complexe. Înainte de a ajunge la evaluarea performanțelor, trebuie să navigăm printr-un labirint de termeni tehnici precum siliciu, die (matriță), package (pachet), IHS (distribuitor integrat de căldură) și sTIM (material de interfață termică lipit). Este un vocabular bogat, adesea fără explicații clare. Vom clarifica aici principalele componente ale unui procesor, cele mai discutate de pasionații de hardware.
Acest articol nu este o analiză aprofundată, ci mai degrabă o introducere în terminologia uzuală pentru cei care doresc să se familiarizeze cu lumea procesoarelor.
De unde începem: Siliciul
Acum mai bine de un deceniu, Intel a dezvăluit elementele de bază ale procesului de fabricare a procesoarelor sale, de la materia primă până la produsul finit. Vom folosi acest proces ca punct de referință în timp ce analizăm componenta cheie a unui procesor: matrița.
Primul element esențial pentru un procesor este siliciul, un element chimic abundent în compoziția nisipului. Intel începe cu un lingou de siliciu, pe care îl taie apoi în felii subțiri, denumite napolitane (wafer).
Aceste napolitane sunt apoi lustruite pentru a obține o „suprafață netedă ca o oglindă”, moment în care începe procesul complex de transformare a siliciului dintr-o materie primă într-un element electronic avansat.
Napolitanele de siliciu sunt acoperite cu un strat fotorezistent, expuse la lumină UV, gravate și acoperite cu un nou strat fotorezistent. În final, sunt stropite cu ioni de cupru și lustruite. Se adaugă apoi straturi metalice pentru a conecta toate tranzistoarele minuscule prezente pe napolitană. (Aici, prezentăm doar noțiunile de bază).
Acum ajungem la partea relevantă pentru scopul nostru. Napolitana este testată pentru funcționalitate. Dacă trece testul, este tăiată în dreptunghiuri mici numite matrițe. Fiecare matriță poate conține mai multe nuclee de procesare, memorie cache și alte componente ale procesorului. După tăiere, matrițele sunt testate din nou. Cele care trec testele sunt pregătite pentru a ajunge pe piață.
O napolitană de siliciu pentru un procesor Intel Core de generația a 10-a.
Aceasta este, în esență, o matriță: o mică bucată de siliciu, încărcată cu tranzistori, care reprezintă inima oricărui procesor. Toate celelalte părți fizice ajută acea mică bucată de siliciu să-și îndeplinească rolul.
Dar există o distincție importantă: în funcție de procesorul achiziționat, acesta poate avea una sau mai multe matrițe de siliciu. O singură matriță indică faptul că toate componentele procesorului, cum ar fi nucleele și memoria cache, se află pe aceeași bucată de siliciu. Procesoarele cu mai multe matrițe au elemente de legătură între ele.
Nu este simplu să afli cu certitudine dacă un anumit procesor are o singură matriță sau mai multe, depinzând de producător.
Intel este cunoscut pentru utilizarea unei singure matrițe pentru procesoarele sale destinate consumatorilor obișnuiți. Acesta este denumit design monolitic. Avantajul unui design monolitic este performanța superioară, deoarece toate componentele sunt pe aceeași matriță, reducând latența comunicării.
Cu toate acestea, este mai dificil să se facă progrese atunci când este necesară integrarea unui număr din ce în ce mai mare de tranzistori pe aceeași suprafață de siliciu. Este, de asemenea, mai complicat să produci matrițe unice care să funcționeze perfect cu toate nucleele, mai ales când discutăm despre opt sau zece nuclee.
Structura unui procesor AMD Threadripper care folosește mai multe CCX-uri (Complex de Bază).
În contrast, AMD abordează lucrurile diferit. Deși realizează și procesoare monolitice, seria desktop Ryzen 3000 utilizează ciplete de siliciu mai mici, având în prezent patru nuclee pe fiecare ciplet. Aceste ciplete sunt denumite complex de bază, sau CCX. Sunt grupate împreună pentru a crea un complex de bază (CCD) mai mare. CCD-ul este echivalentul unei matrițe în terminologia AMD. Astfel, câteva ciplete mici de siliciu sunt conectate pentru a forma un procesor funcțional.
Procesoarele AMD includ și o matriță de siliciu separată de CCD-uri, numită matriță I/O. Nu vom intra în detalii aici, dar puteți găsi mai multe informații în acest articol Articol din iunie 2019 de la TechPowerUp.
Având în vedere complexitatea creării de matrițe de siliciu funcționale, devine evident că este mult mai simplu să produci o unitate mai mică de patru nuclee, decât o singură matriță cu 10 nuclee.
Pachetul CPU
Odată ce matrița este finalizată, aceasta are nevoie de ajutor pentru a comunica cu restul sistemului informatic. Acest proces începe de obicei cu o placă mică, verde, numită frecvent substrat.
Dacă întoarceți un procesor finalizat, veți observa că partea inferioară a plăcii verzi prezintă contacte aurii (sau pini, în funcție de producător). Aceste contacte sau pini se conectează la soclul plăcii de bază, permițând procesorului să interacționeze cu restul sistemului.
Revenind la procesorul nostru, nu am abordat încă modul în care este acoperită matrița de siliciu. Componenta cheie în acest sens este materialul de interfață termică, sau TIM. Acesta îmbunătățește conductibilitatea termică, un aspect vital pentru răcirea procesorului. De obicei, TIM-ul este de două tipuri: pastă termică sau sTIM (material de interfață termică lipit).
Materialul TIM utilizat poate varia între generațiile de procesoare de la același producător. Este dificil să știi exact ce tip de material TIM este utilizat într-un anumit procesor, exceptând consultarea știrilor despre procesoare sau deschiderea (delid) unui procesor finalizat. De exemplu, Intel a folosit pastă termică din 2012 până în 2018, iar apoi a început să folosească sTIM pentru procesoarele Core de top, începând cu a noua generație.
În concluzie, acestea sunt componentele ce alcătuiesc pachetul: matrița, substratul și TIM-ul.
O reprezentare a unui procesor AMD Ryzen. Numele mărcii este imprimat pe IHS.
Deasupra pachetului se află distribuitorul integrat de căldură (IHS). Acesta are rolul de a dispersa căldura de la procesor pe o suprafață mai mare, contribuind astfel la menținerea unei temperaturi adecvate. Ventilatorul CPU sau răcitorul cu lichid disipă apoi căldura acumulată pe IHS. IHS-ul este de obicei fabricat din cupru placat cu nichel. Pe acesta este imprimat numele procesorului, așa cum se observă în imaginea de mai sus.
Acesta este turul nostru al procesorului. Reamintim, matrița este fragmentul de siliciu care conține nucleele procesorului, memoriile cache și alte componente. Pachetul include matrița, PCB-ul și TIM-ul. Și, în final, există IHS.
Există multe alte aspecte tehnice, dar acestea sunt elementele esențiale pe care se concentrează știrile și recenziile despre CPU.