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??谈到CPU，人们总是将目光放在芯片的核心，架构，缓存的大小，总线，主频这些表面的问题上，其实CPU的制造工艺也是影响CPU性能的一个很关键的因素，例如内核的大小，高低，甚至内电路的尺寸都是决定CPU稳定性的非常重要的因素，当然也决定着它的主频和性能。
??任何CPU都由两个主要部分组成，一是内含处理器电路的硅芯片，二就是承载芯片用的电路板，它负责芯片和外界的一切通讯，并决定这一颗芯片的时钟频率。
??解剖CPU
??下面就让我们先来了解一下CPU的结构，我们先以我们非常熟悉的AMD Duron 1GHz来做例子。
注释：underfill：填充物
Silicon：硅芯片
Ceramic Substrate:陶瓷电路基板
??CPU的中间就是我们平时称作核心或CPU内核的地方，这颗由单晶硅做成的芯片可以说是电脑的大脑了，所有的计算、接受/存储命令、处理数据都是在这指甲盖大小的地方进行的。
??今天为大家展示的Duron处理器采用了比较通用的一种翻转内核的封装形式，也就是说平时我们所看到的CPU内核其实是这颗硅芯片的底部，它是翻转后封装在陶瓷电路基板上的，这样的好处是能够使CPU内核直接与散热装置接触。这种技术也被使用在当今绝大多数的CPU上。
??而CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。这颗Duron处理器有多达两千五百多万个晶体管，它们都要连到外面的电路上，而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。在今天这颗Duron处理器核心上面需要焊上3000条导线，而Pentium4的数量为5000条，Itanium则达到了7500条。这么小的芯片上要安放这么多的焊点，这些焊点必须非常的小，设计起来也要非常的小心，而随着CPU越来越复杂，处理这些焊点也越来越困难。
注释：solder bumps ：焊点
Strand of Human Hair:人类头发
??通过和头发的比较，我们可以看出这些焊点有多么小。 ??由于所有的计算都要在很小的芯片上进行，所以它会散发出大量的热，这是我们在平时深有感触的，但陶瓷电路基板的温度却没有那么高。
??图中所示的是芯片周围所包围的物质，这种填充物的作用是用来缓解来自散热器的压力以及固定芯片和电路基板，由于它连接着温度有较大差异的两个方面，所以必须保证十分的稳定，它的质量的优劣有时就直接影响着整个CPU的质量。 ??最后要说的就是CPU的电路基板了，今天的Duron采用的是陶瓷制成的电路基板，这也是比较传统的一种封装材料，自从奔腾时代就开始使用这种材料了，现在的CPU有的就采用了有机材料来代替陶瓷，比如我们所熟悉的P3、Celeron，还有刚刚上市的Palomino内核的AthlonXP。
采用有机物做电路基板的AthlonXP
?? 问题所在??通过对CPU结构的了解，我们发现了一个关键的问题，那也就是核心反面的焊点的数目将会有一个限度，虽然在近期它不会影响CPU的发展，但从长远考虑，这终究会成为影响CPU发展的因素。 ??那么当核心和电路基板连接好以后怎样与整个系统的其他部分连接呢？那就是通过我们都很熟悉的数百根针脚插在插座上来实现的。
??我们这次就以FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) 封装的PentiumIII处理器为例，当我们仔细观察PIII处理器时可以发现在电路板上的走线，只不过平时被一层绿色的漆盖住罢了。随着CPU越来越复杂，而芯片的大小却越来越小，使得从内核引线并连接到针脚更加困难。 ??另外的一个CPU的制作局限出现在电路基板本身上，由于核心在顶部而针脚在底部，这也就意味着数据上下传输要经过中间的电路基板，而如此多的线路就要出现互相交叉的情况，就像多层PCB中的不同层连接用的穿孔一样的电路，现在CPU电路基板的这种上下贯穿的连线已经达到了10000多条，而今后这个数字甚至能增加3到5倍，这对制作工艺也是一个不小的挑战。 ?? 电路基板的材料也会影响CPU??当今所使用的技术不可能无限制的提高CPU工作频率，因此CPU的迅速发展势必要求一种新的技术的诞生。 ??未来的CPU将更为复杂，必须要用更新的一种将硅芯片与外界连接的技术，不要妄想将CPU核心做大，因为更小的核心是性能与技术上的要求。 ??首先我们可以考虑更换材料，最近刚刚推出的Athlon XP处理器，就一改AMD的风格采用了有机材料，这种材料要比传统的陶瓷材料好，另一方面也有助于主频的提高。 ??Intel由于早就采用了这种材料并且在技术方面处于领先地位，使得他们NorthWood内核P4处理器的系统前端总线达到了533MHz，Prescott内核的系统前端总线为800MHz，而更夸张的Tejas内核的系统前端总线更是达到了前所未有的1.2GHz。另一方面，有传言AMD的Hammer的系统前端总线也将达到800MHz。 ?? 电容器的秘密??我们知道，CPU工作起来处理的只是1和0，而具体到现实中，这1和0都是用电位的高低来反映的，在早期的CPU中高低电位差比较大，比如Pentium 60/66MHz的时候，CPU电压为5V，而现在CPU的电压已经降到1.7V左右了，电压的降低使信号电位间的差距变得很小，这也就容易使信号的质量降低，互相影响的可能性增大。 ??在一般电路中解决这个问题并不难，只要增加电容器进行滤波就行了，然而在CPU上就不是太容易了，这除了要电容器非常小之外，还要求电容器离内核非常的近，这也就是我们为什么能在许多CPU的正反面能看到电容的缘故。
Bumpless Build-Up Layer：封装技术的未来
??当AMD从Intel手中夺得性能之王的王冠的同时，却无法与Intel的生产能力竞争。Intel专门有一个部门来研究其下一代CPU的封装技术，他们甚至很有自信的说能够在一颗芯片上集成十亿个晶体管并让芯片运行在10GHz以上，这正是他们安排九百人研究封装技术的成果。 ??Intel的这个名叫装配技术部的部门拥有900技术人员，位于亚利桑那州，负责封装技术的研究，目前Intel产品采用的就是他们的研究成果。
??虽然这种技术投入使用还需要5到6年的时间，Intel这种BBUL技术将彻底改变CPU封装的面貌，BBUL技术的好处是将硅芯片完全整合进CPU里，而不是镶在表面上，一颗BBUL封装的CPU的电路基板只有一层，并且直接将硅芯片封装在电路基板上，可以减少许多焊点。BBUL的另一个优势就是在安装散热器时可以避免将核心压坏。 ??BBUL还能够使核心与电容的距离拉近，使CPU更加稳定，同时在体积上也比传统的CPU更薄更小，下面的图片中我们能够看出它的大小。
左边：BBUL封装的CPU；右边：信用卡
左边：Intel P4 CPU；右边：BBUL封装的CPU
??BBUL封装的另外一项优势就是制造多内核CPU，以前多内核CPU实际上还是只有一个核心。当测试时如果一个内核有问题，那么另外的一个好的内核也不得不随之一起被扔进垃圾桶。而BBUL封装的CPU可以集成两个核心，这样就能先分别测试两个核心最后进行整体封装。
??总结
??Intel的BBUL封装技术不但能够用在CPU上，同样还能够用在北桥等集成度很高的芯片上。这种技术是封装方式的发展方向，它能够使北桥集成进高性能的显示芯片，甚至能够给CPU装备上高性能的L3缓存。希望BBUL技术能够尽快被投入实际应用。 | 