Look inside или как изглеждат процесорите отвътре
Процесорите са на всички места към нас – от смарт телефоните и смарт часовниците до самолетите и колите. Вече сме привикнали да живеем в обкръжението на силициевите кристали, само че не се замисляме изключително, по какъв начин наподобяват процесорите от вътрешната страна. От техническа позиция всичко е ненапълно разбираемо: ядра, няколко равнища кеш памет, графичен ускорител, контролери. Но по какъв начин наподобява всичко това в действителния свят? Нека разгледаме няколко забавни фотоси на кристалите на разнообразни процесори и най-малко отчасти да отговорим на този въпрос.
Core i9-9900K: мощния красавец
Именно по този метод наподобява процесорът от вътрешната страна. В центъра на кристала ясно се виждат осемте ядра на процесора и L3 кеш паметта сред тях. В дясната част се намира интегрирания графичен ускорител. Може би рядко някой ще употребява интегрираната графика на този процесор, само че тя заема една четвърт от целия кристал и съществено усилва неговата цена.
Може би поражда въпросът, а за какво силициевият процесор свети с всички цветове на дъгата? Причините са три. Първо, след махането на капачката, метализираните сектори по-бързо се окисляват под въздействието на въздуха и получават разнообразни цветове. Второ, за осветление на кристала се употребява поляризирана светлина, която основава фазов контрастност – т.е., секторите от друго вещество се оцветяват по друг метод. Трето, кристалът е затрупан от горната страна със особено масло, с което чипът се осветява по-добре и изображението става по-ярко и по-детайлно.
Pentium II с дизайн Flip Chip и Wire Boarding
P2 не е нещо извънредно – просто стъпка напред спрямо P1, като софтуерният развой е изменен от 350 до 180 nm, а честотата е увеличена до 450 MHz. Но под капачката е направена значима смяна, заради което площта на кристала е повишена съвсем с 10% – от 118 на 130 мм2.
Wire Boarding – добре се виждат проводниците
Снимките демонстрират, че вътрешната конструкция на процесорите не се е трансформирала, а и софтуерният развой е идентичен – 250 нанометра. Разликата в действителност е изпод. Първоначално процесорите се съединяват с подложката благодарение на проводници – Wire Boarding дизайн. Бързо излиза наяве, че този път не води до средата и Intel взема решение да употребява Flip Chip дизайна. Тоест, под кристала се намира контактна основа благодарение на която той се закрепва към подложката. Това дава опция за потреблението на повече контакти и може да се усилва продуктивността.
Pentium III: многослойност
Производителите на чипове бързо схващат, че потреблението единствено на един метализиран работен пласт в силициевия кристал не е преференциален и още в процесора Intel 386 стартира потреблението на два пласта, а Intel Pentium 3 е трислоен. Идеята е удачна и се употребява във всички последващи процесори. Площта на кристала остава една и съща, само че всяко удвояване на пластовете удвоява и отделяната топлота, разсейването на която става все по-трудно.
Страничната фотография на кристала демонстрира, че се употребява едвам 1% от него, а останалият силиций работи като отбрана и служи и за осъществяване на топлината.
AMD R9 Nano: огромна разлика сред CPU и GPU
Всички централни процесори имат няколко огромни ядра, които се виждат добре. Графичните процесори са доста по-различни – те имат огромен брой дребни изчислителни блокове – актуалните GPU на Nvidia имат хиляди CUDA ядра.
Снимката на кристала на процесора AMD Radeon R9 Nano.
Този чип има 176 текстурни блока и 64 растерни модула. Добре се виждат и четирите златисти области, в които чипът контактува с кристалите на HBM паметта.
Руският процесор Байкал T1
Процесорът е забавен освен с това, че е съветски, само че и че има MIPS архитектура. Характеристиките не са нещо изключително – 2 ядра с тактова периодичност 1,2 GHz и 1 MB кеш памет от второ равнище. Но неговият TDP е едвам 5 W и чипът може да се употребява съвсем на всички места.
Необичайното тук е, че силициевият кристал е много запустял. Двете черни области отляво са ядрата, златистите обекти в горната част са кеш паметта. Отдясно е подложен контролерът на паметта. И това е всичко. Навярно е оставен ресурс за бъдещо развиване на процесора, с цел да не се постановат промени в кристала.
AMD Ryzen Threadripper 1950X: най-много ядра
AMD употребява забавен метод в своите процесори. На една и съща поставка са ситуирани 4 8-ядрени кристала, което значи до 32 ядра.
Структурата на всеки кристал се вижда добре. Това с 4+4 ядра, като покрай тях се намират L1 и L2 кеш паметите, а в средата сред тях е подложен L3 кеша. В тази фотография всичката кеш памет е с мрачен и черен цвят.
Въпреки че софтуерният развой на актуалните централни процесори е десетки нанометри, някои структури добре се разграничават и с невъоръжено око. Добре се вижда и разликата сред централен и графичен процесор. За страдание, не с всички процесори могат да се вършат сходни опити. Но и тези фотоси доста добре показват хубостта на силициевите кристали.
Core i9-9900K: мощния красавец
Именно по този метод наподобява процесорът от вътрешната страна. В центъра на кристала ясно се виждат осемте ядра на процесора и L3 кеш паметта сред тях. В дясната част се намира интегрирания графичен ускорител. Може би рядко някой ще употребява интегрираната графика на този процесор, само че тя заема една четвърт от целия кристал и съществено усилва неговата цена.
Може би поражда въпросът, а за какво силициевият процесор свети с всички цветове на дъгата? Причините са три. Първо, след махането на капачката, метализираните сектори по-бързо се окисляват под въздействието на въздуха и получават разнообразни цветове. Второ, за осветление на кристала се употребява поляризирана светлина, която основава фазов контрастност – т.е., секторите от друго вещество се оцветяват по друг метод. Трето, кристалът е затрупан от горната страна със особено масло, с което чипът се осветява по-добре и изображението става по-ярко и по-детайлно.
Pentium II с дизайн Flip Chip и Wire Boarding
P2 не е нещо извънредно – просто стъпка напред спрямо P1, като софтуерният развой е изменен от 350 до 180 nm, а честотата е увеличена до 450 MHz. Но под капачката е направена значима смяна, заради което площта на кристала е повишена съвсем с 10% – от 118 на 130 мм2.
Wire Boarding – добре се виждат проводниците Снимките демонстрират, че вътрешната конструкция на процесорите не се е трансформирала, а и софтуерният развой е идентичен – 250 нанометра. Разликата в действителност е изпод. Първоначално процесорите се съединяват с подложката благодарение на проводници – Wire Boarding дизайн. Бързо излиза наяве, че този път не води до средата и Intel взема решение да употребява Flip Chip дизайна. Тоест, под кристала се намира контактна основа благодарение на която той се закрепва към подложката. Това дава опция за потреблението на повече контакти и може да се усилва продуктивността.
Pentium III: многослойност
Производителите на чипове бързо схващат, че потреблението единствено на един метализиран работен пласт в силициевия кристал не е преференциален и още в процесора Intel 386 стартира потреблението на два пласта, а Intel Pentium 3 е трислоен. Идеята е удачна и се употребява във всички последващи процесори. Площта на кристала остава една и съща, само че всяко удвояване на пластовете удвоява и отделяната топлота, разсейването на която става все по-трудно.
Страничната фотография на кристала демонстрира, че се употребява едвам 1% от него, а останалият силиций работи като отбрана и служи и за осъществяване на топлината.
AMD R9 Nano: огромна разлика сред CPU и GPU
Всички централни процесори имат няколко огромни ядра, които се виждат добре. Графичните процесори са доста по-различни – те имат огромен брой дребни изчислителни блокове – актуалните GPU на Nvidia имат хиляди CUDA ядра.
Снимката на кристала на процесора AMD Radeon R9 Nano.
Този чип има 176 текстурни блока и 64 растерни модула. Добре се виждат и четирите златисти области, в които чипът контактува с кристалите на HBM паметта.
Руският процесор Байкал T1
Процесорът е забавен освен с това, че е съветски, само че и че има MIPS архитектура. Характеристиките не са нещо изключително – 2 ядра с тактова периодичност 1,2 GHz и 1 MB кеш памет от второ равнище. Но неговият TDP е едвам 5 W и чипът може да се употребява съвсем на всички места.
Необичайното тук е, че силициевият кристал е много запустял. Двете черни области отляво са ядрата, златистите обекти в горната част са кеш паметта. Отдясно е подложен контролерът на паметта. И това е всичко. Навярно е оставен ресурс за бъдещо развиване на процесора, с цел да не се постановат промени в кристала.
AMD Ryzen Threadripper 1950X: най-много ядра
AMD употребява забавен метод в своите процесори. На една и съща поставка са ситуирани 4 8-ядрени кристала, което значи до 32 ядра.
Структурата на всеки кристал се вижда добре. Това с 4+4 ядра, като покрай тях се намират L1 и L2 кеш паметите, а в средата сред тях е подложен L3 кеша. В тази фотография всичката кеш памет е с мрачен и черен цвят.
Въпреки че софтуерният развой на актуалните централни процесори е десетки нанометри, някои структури добре се разграничават и с невъоръжено око. Добре се вижда и разликата сред централен и графичен процесор. За страдание, не с всички процесори могат да се вършат сходни опити. Но и тези фотоси доста добре показват хубостта на силициевите кристали.
Източник: kaldata.com
КОМЕНТАРИ