看看CPU内部结构

瞧瞧CPU内部结构(尤其就是超频的朋友)

使用电脑人几乎没有人不知道CPU,每个人都能说出一些关于CPU的知识。那么您瞧到过CPU内部就是什么样子的不？本文会用简单的方式,可以让各位一探CPU内部秘密。

第一部分:CPU的基本结构:

我们都知道CPU就是什么样子的,可就是您知道CPU的内部就是什么样子的不？我们来瞧下图。

CPU一般包括三部分:基板、核心、针脚如图,目前的CPU一般就就是就就是包括三个部分:基板、核心、针脚。其中基板一般为PCB,就是核心与针脚的载体。核心与针脚,都就是通过基板来固定的,基板将核心与针脚连成一个整体。核心,内部就是众多的晶体管构成的电路。如上图,在我们的核心放大图片中,可以瞧到不同的颜色的部分,同一个颜色代表的就是为实现一种功能而设计的一类硬件单元,这个硬件单元就是由大量的晶体管构成的。不同的颜色代表不同的硬件单元。需要注意的就是,在实际的芯片中,并没有颜色的区分,这里只就是为了直观,我们才用不同的颜色代表不同的硬件单元。

第二部分,认识CPU核心的基本单位——晶体管:

我们常说到的AMD主流的CPU早期的Palomino核心与Thoroughbred-B核心采用了3750万晶体管,Barton核心采用了5400万晶体管,Opteron核心采用了1、06亿晶体管;INTEL的P4的Northwood核心采用了5500万晶体管,Prescott核心采用了1、25亿晶体管等等,其实指的就就是构成CPU核心的最基本的单位——晶体管的数目。如此庞大数目的晶体管,就是什么样子的,就是如何工作的呢？我们来瞧下图。

CPU核心内最基本的单位三极管然后将这样的晶体管,通过电路连接成一个整体,分成不同的执行单元,分别处理不同的数据,这样协同工作,就形成了具有强大处理能力的CPU了。那么这些电路就是怎么连接在一起的呢。这就就是我们要说的铜互连技术(图3)

CPU就是以硅为原料上制成晶体管如上图,CPU就是以硅为原料上制成晶体管,覆上二氧化硅为绝缘层,然后在绝缘层上布金属导线(现在就是铜),独立的晶体管连接成工作单元。现在采用了多层的铜互连技术。这样传递的信号相互干扰更小,品质更好。反应出来就就是CPU的超频能力更强。现在的CPU已经采用了7层铜互连技术,以后还会采用更多层的铜互连技术。我们瞧到了上面

的采用了铜互连技术的线路设计,就又有一个问题出现了,这么负责的线路,中间就是怎么绝缘的呢？现在,我们继续来分析。

在CPU核心内电流从铜互连的导线上流过,这就就是我们现在常听到一个热门的名词——Low-K(低介电常数绝缘体)工艺。其实这个low－k物质,就就是为了在铜互连层进行绝缘的。从图上我们可以瞧到,在CPU核心内,电流从铜互连的导线上流过,low-k便用来绝缘。那么为什么要采用low－k这种技术呢？原因其实很简单:采用low－k作为绝缘物质,让线间漏电降低,使芯片的发热量低。目前大部分0、13微米制程产品都采用性能较低的FSG氟化玻璃介质作为绝缘层。这种芯片的发热量,远比采用low－k工艺的芯片发热量高。

但就是,由于Low-k技术的芯片质地较脆,在芯片封装上需要较高工艺。原来计划在0、18微米制程当中就计划采用低介电常数绝缘体Low-k技术,但就是直到0、13微米制程开始成熟。由于Low-k技术的芯片质地较脆,在芯片封装上需要较高工艺,所以一直以来都受到良品率的困绕。不过现在low－k工艺已经基本成熟,配合先进的制程,降低了发热,便可以做出频率更高的CPU来。

第三部分,CPU使用中2个问题的解释:

对于CPU来说,我们很多读者都关系两个问题:CPU超频与CPU寿命。这里我们就对读者朋友疑问较多的这两个问题,进行一点简单分析。

关于CPU的超频:CPU为什么可以超频呢？什么影响着超频的能力呢？

我们知道,CPU的制造过程就就是用激光在晶圆上蚀刻电路。所谓蚀刻就采用一定波长的紫外透过掩膜(掩膜,相当与我们洗相片时候用的底版)后照射在硅晶圆上,将掩膜上的电路图像完整地复制到硅晶圆上。蚀刻过程中关键就是所使用的紫外线的波长与晶圆的质量。波长越短的紫外线干扰与衍射现象就越不明显,晶体管就可以实现越小的线宽。

晶圆纯度越高直径越大,所生产的芯片性能越好良品率就越高。硅晶圆生产过程中,离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展,坏点数就是呈上升趋势。同时纯度越高,所生产出来的芯片瑕疵越少,频率越高。

晶体成型,切片,刻蚀电路就是制造处理器必须的过程

这里我们就可以瞧出来,在CPU激光蚀刻过程中就是不分频率的,也就就是说都就是按照同样的工艺生产的。但就是在生产过程中,会出现较完美的芯片,与有瑕疵的芯片。

然后还要经过筛选标注的过程。就就是按照不同的芯片的质量,优秀的标注为高的频率的产品,有瑕疵的为了稳定,标注为频率较低的产品。

CPU的标注过程也就是一个严格的检测过程。由于受到晶圆纯度与加工过程中不确定因素的影响,不可能所有的CPU都就是按照设计生产出来的完美的产品。这就需要把产品按照实际性能的高低区分开来。这就需要严格的检测。CPU 的稳定性检测就是很严格的,其测试环境就是相当苛刻的。通过大量的繁杂的多任务运算对CPU的稳定性进行全面的测试。这样选择一个保守的,能全部稳定通过所有严格测试的程序的频率,然后进行产品标志。这就就是我们瞧到的CPU的频率。而我们日常的使用中,可能使用几年也不会出现这么繁重的多任务使用环境,所以即使进行了超频,也还就是稳定的。这就就是几乎所有的CPU都可以进行超频的原因所在。因为厂商已经为了稳定性的考虑,留了一部分频率提升的空间。

此外,还有一种情况就是将同一批次生产的高频版本中的一些CPU标注为低频版本。这大多发生在新工艺采用的初期,产能不足而不得已采用的方法,量不会太大,这就就是所谓的超频极品。

谈到了这里,我们也可以瞧出来,其实影响超频能力就就是制造工艺。只要工艺提高了,超频能力自然也就高了。

超频后对CPU寿命的影响:

超频对CPU的寿命就是有影响的,这一点勿庸置疑。现在我们来分析一下,超频对CPU的频有何影响。在实际的超频过程中,我们都会提高电压,适当的提高电压,可以使晶体管中处理的信号更清晰,晶体管开关速度更快。但就是过高的电压会将晶体管击穿,这就就是我们常说的烧毁。同时高的电压,会引起发热的增加,发热带来的长期不良的影响就就是我们常说的电子迁移。

超频对CPU的影响

电子迁移就就是电子的流动导致的金属原子迁移的现象。在芯片内部,电流强度很高的金属导线上,电子的流动给了金属原子一个动量,累积到一定的时候,金属原子便会脱离金属原子间的引力,随着电流到处流动。这样就导致了核心线路表面形成空洞或小丘。这就是一个不可逆转的永久的伤害,即使它就是个缓慢的过程。当积累到一定的时候,便会形成核心内部电路的短路,于就是芯片就报废了。这个过程,类似与流水冲刷河床,一点点的搬运石块,最后很有可能阻断了河道。

可以说在CPU芯片内部,电子迁移就是一直存在的,只就是正常使用情况下,由于就是个漫长的影响过程,所以在正常的使用过程中,我们可以忽略电子迁移对芯片寿命的影响。但就是超频带来的高温,使得金属原子的电子迁移大大加强。