未来封装技术:BBUL

Author: 邱晓光 Date: 2001年 41期

?牐犕ǔ#缓笥⑿鄱疾灰俗⒛康模蘼凼窃谟槔纸纾故强萍冀纾苡心尬抛龀龉毕椎娜嘶蚴挛铩D梦⒋?理器来说,我们关心的主要是架构、缓存、总线接口、工作频率,当讲到制造工艺对性能有关的影响时,也不过说说内核面积、成品率、电路尺寸之类,然而,许多人都没有注意到一个影响CPU稳定性、性能、时钟速度的关键因素——封装。CPU主要分为两个部分:硅片部分是处理器的主体,封装是连结内核与外部的桥梁。一个处理器的封装决定它可以达到的工作频率,并能控制外频。究竟它是怎样做到的呢?下文将为你解开这个奥秘。
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  ?牐犚訢uron 1GHz为例(^41030201a^),CPU中心的是内核硅片,包含了计算、载入/存储请求、分支等逻辑单元。Duron使用反转芯片封装,反转的意思是我们在CPU表面可以看到的内核部分,实际是内核的底部,主要目的让它可以直接接触到散热器,增强散热效果,对今天的大发热量产品来说,这是个必不可少的设计。
  ?牐犆挥斜┞兜牧硪幻婢褪枪杵敕庾暗哪诓炕チ涌凇?Duron集成了2500多万个晶体管,要让它们与外部交换数据可不是件容易的事,内核与封装之间是非常细小的焊料,每个CPU约有3000个焊点,Pentium4为5000个,Itanium更达到惊人的7500个。在内核旁边(^41030201b^),有些蓝色或略带紫色的材料,称为孔形未充满原料,它包围着内核的周边地带,不仅用于温度补偿,还担当着连接硅片到封装的重要角色。虽然它们起很大作用,但也是造成CPU缺陷的一个原因,很多时候高产能的生产线,往往因为不合格的孔形未充满原料封装而导致产能下降。
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  ?牐犛捎诓煌姆庾跋拗屏朔醋酒氲撞懔拥暮傅闶浚改曛螅晌狢PU发展的一大障碍。为了让计算好的数据传送到系统其它部件,必须通过CPU底部那数以百计的针脚来发出信号,而在信号到达针脚之前,又要先通过硅片传播到封装。
  ?牐牭盋PU变得更复杂或硅片面积缩小时,硅片扩展到封装的布线会变得非常困难,造价也因此而增加。
  ?牐犃硪桓鱿拗圃谟诜庾白陨怼9杵诖?理器表面,针脚却位于下面,意味着封装夹在两者之间,硅片与针脚通过微型通道来连接。今天的处理器约有1万个微型通道,几年后会增加3~5倍,这些通道的数目,也对CPU的发展有影响。
  #1?牐犎⑿路庾暗暮么?
  ?牐犘率酱?理器越来越复杂,因此需要更先进的硅片-底层互连技术,新的布线安排,内核面积亦进一步减少,若要提高CPU时钟频率,只有依靠新式封装的力量。最明显的例子是Athlon XP,AMD把Athlon从陶瓷封装升级到有机塑料,证明陶瓷封装已经限制了K7增加时钟频率,若想继续与英特尔开展CPU速度大战,必须从基础开始改进。
  ?牐牱庾岸酝馄低杏跋欤琋orthwood(0.13微米 Pentium4)使用400MHz外频,Hammer的800MHz外频,都证明了封装的重要性。也许你曾经听说过早期桌面版Palomino在133MHz外频上运行有问题的谣言,看来不是空穴来风,AMD因此而更换了新封装。
  #1?牐犓摹BUL
  ?牐牰罱⑻囟圃诖?理器速度方面可以轻松地跨越10GHz,也正是因为它的封装技术有了发展,它利用BBUL(Bumpless Build-Up Layer,内建非凹凸层)封装技术,BBUL封装技术也是英特尔值得自豪的技术。尽管AMD处理器常在某些性能上超过英特尔的产品,但在制造工艺方面,却难以望其项背。英特尔甚至有一个独立部门来,从事封装研究,其员工超过900人,凭这点,它才敢说自己有能力集成10亿个晶体管,并把处理器频率提升到10GHz以上。
  ?牐犛⑻囟腁TD(Assembly Technology Development,装配技术发展)组位于美国亚利桑那州,(^41030201c^)BBUL就是它首先开发的技术。虽然这个技术在5~6年内还不会用到,但它确实改变了传统的封装观念。BBUL把硅片集成到内核中,制造CPU只需要单层封装,并让硅片嵌入在封装之内。还记得上面提过的反转焊点密度吗?BBUL无须更多的焊点(^41030201d^),硅片直接嵌入可以防止内核高于封装表面,再加上热量延展保护金属,不正当安装损坏的可能性大大降低。
  ?牐燘BUL让硅片更多接触CPU底部的电容器,增加了能源递送效率,减少了物理体积。BBUL芯片使用的内核与0.13微米Northwood差不多,外表却相差很远。
  ?牐燘BUL的最大好处是可以在单芯片内集成多内核,使用内部高速互连比外部总线快得多。不过,随之又产生另一个问题,在CPU检测时,必须将两个内核一起测试,其中一个坏了,整个CPU就要报废。很不幸,AMD的下一代处理器SledgeHammer正面临着这个难题。
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  ?牐犗匀唬珺BUL是一个很前卫的封装技术,对处理器设计很有利,多芯片处理器模块集成三级缓存将变得更简单,这种封装技术还能应用于芯片组,可在北桥集成更高速的图形芯片。总之,它的出现,20GHz的CPU、1.2GHz外频不再是虚无缥缈的梦想了。