CPU的内部物理结构介绍

CPU的内部物理结构介绍

　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。那么你看到过CPU内部是什么样子的吗？下面可以让各位一探CPU内部秘密。

CPU的基本结构：

CPU一般包括三部分：基板、核心、针脚

　　如上图，目前的CPU一般就是就是包括三个部分：基板、核心、针脚。其中基板一般为PCB，是核心和针脚的载体。核心和针脚，都是通过基板来固定的，基板将核心和针脚连成一个整体。核心，内部是众多的晶体管构成的电路。如上图，在核心放大图片中，可以看到不同的颜色的部分，同一个颜色代表的是为实现一种功能而设计的一类硬件单元，这个硬件单元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。需要注意的是，在实际的芯片中，并没有颜色的区分，这里只是为了直观，采用不同的颜色代表不同的硬件单元。

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核心和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，是什么样子的，是如何工作的呢？请看下图。

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。那么这些电路是怎么连接在一起的呢。这就是下面要说的铜互连技术，请看下图。

 CPU是以硅为原料上制成晶体管

       如上图，CPU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。

       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，中间是怎么绝缘的呢？

在CPU核心内电流从铜互连的导线上流过

　　这就是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，就是为了在铜互连层进行绝缘的。从图上可以看到，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微米制造当中就计划采用低介电常数绝缘体Low-k技术，但是直到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