超能教室：CPU顶盖之变迁_处置器_顶盖

现在的CPU芯片（Die）的晶体管密度都非常高，小小的一颗芯片有着数以亿计的晶体管，表面积很小但发热量却很大，如何有效地把热量传导出去是一个很大的学问。
其余硕大的散热器（台式机）直接安装在芯片上，对芯片施加的压力过大，随意马虎造成电路板（PCB）变形，影响正常利用，CPU顶盖可以有效保护及分摊压力。

CPU顶盖的发展变革与CPU的封装及散热器也是有密切关系的，它们一起确保了CPU性能的充分发挥，有效地办理CPU运行中存在的积热问题。

接下来会以英特尔的CPU为主线，带大家一起看看CPU顶盖的发展变革过程。

早期的处理器构造还相对大略，晶体管数量不多，发热量也不大，陶瓷的顶盖上也不须要额外的赞助散热。

英特尔最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采取了DIP封装，通过CPU的两边的引脚可插到主板上的插槽或焊接在主板上。
事实上绝大多数中小规模集成电路均采取这种封装形式，其引脚数一样平常不超过100。

到了80286，80386期间，CPU顶盖大多仍是陶瓷材质，也有个别CPU的顶盖是采取塑料材质。
随着处理器构造变得越来越繁芜，晶体管数量的增多，封装办法的改变也使得CPU顶盖的面积变大了，不过仍旧不须要额外赞助散热。

这期间CPU一样平常采取了QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装。
CPU芯片引脚之间间隔很小，管脚很细，可以从四周引出，其引脚数一样平常都在100以上。
QFP与PFP基本相同，前者一样平常是正方形，后者可以是长方形。
这期间也开始有处理器利用PGA封装办法了。

这段韶光集成电路的飞速发展，让处理器从内到外都发生了比较大的变革，即便英特尔的80486系列处理器前前后后就有各种不同封装和形态。

到后来，原有的陶瓷顶盖变得不能完备知足散热的须要了，CPU顶盖上涌现了被动散热片的身影。

PGA封装办法开始更大规模运用，最显然易见的变革是，处理器的针脚不但有一圈，方阵形插针沿芯片的四周间隔一定间隔排列，可以围成数圈。
同时还涌现了CPU的专用插座，来知足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的哀求，用于金属针脚的插座雏形就涌现了。

到了Pentium处理器的时候，英特尔在部分型号的CPU上利用了金属顶盖加强散热，一样平常利用的是材质是铜，以是看起来金灿灿的。
这种处理器数量并不多，而且大多数是向OEM厂商供应。

还有部分Pentium处理器利用了PPGA封装，英文全称为“Plastic Pin Grid Array”，是塑针栅格阵列的缩写。
这些处理器除了有插入插座的针脚。
为了提高热传导性，CPU顶盖利用了镀镍铜质的金属，同时芯片底部的针脚是锯齿形排列的。
针脚的排列办法使得处理器只能以一种办法插入插座，外表上来说，和本日我们看到的处理器已经比较靠近了。

Pentium处理器和80486系列处理器一样，有各种不同封装和形态，来知足特定客户或用场的须要，比较凌乱繁多。

在Pentium MMX/Pro处理器期间，金属顶盖开始遍及，看到陶瓷顶盖的机会越来越少了。

在这期间，英特尔为了一些老用户平台升级方便，推出了Pentium OverDrive升级套件（80486/Pentium/Pentium II处理器都有类似的升级套件），直接把散热器及风扇作为了处理器的顶盖，而有的风扇乃至是从处理器插座中取电，以是不会看到风扇的电线。

这个期间CPU全体形态变革会比较大，发展速率比较快，利用多年的陶瓷顶盖要被淘汰了。

“S.E.C.C.”全称“Single Edge Contact Cartridge”，是单边打仗卡盒的缩写。
为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。
它不该用针脚，而是利用“金手指”触点，处理器利用这些触点来通报旗子暗记。
S.E.C.C. 被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了全体卡盒组件的顶端。
卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。
S.E.C.C. 内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。
（当时二级缓存并不集成在Die里面）

S.E.C.C.2 封装与 S.E.C.C. 封装相似，除了S.E.C.C.2 利用更少的保护性包装并且不含有导热镀层。

这段期间的大部分Pentium II、早期的Pentium III、Pentium II Xeon、Pentium III Xeon系列处理器利用的这种像游戏卡带的插座（Slot1/Slot2插槽），封装分外的构造造就了一个非常特殊的由芯片、其附属电路和散热器结合而成的处理器顶盖。
包括AMD早期的K7处理器，也是相似的构造。

这是出于英特尔对垄断考虑，及集成电路制造工艺限定作成的。
这种弘大且繁芜的办法显然不能长久，当打破了技能的瓶颈，CPU的顶盖溘然又走到了另一个极度：没有了。

Pentium III处理器由Katmai核心变成Coppermine核心的时候，Pentium III的样子发生了翻天覆地的变革，就彷佛是完备不同的新产品。
除了重回插座（Socket 370插座），利用了FC-PGA封装，全体Die袒露在外，完备没有了顶盖。

这种构造很直接，一定程度上也有利于散热（参照近几年的开盖），但事实上很随意马虎把Die压坏。
同时随着晶体管密度更高，积激情亲切况也更严重，如何更有效让积热散去成了其余一个问题。
AMD很快也跟进了，在桌面级别处理器上利用类似办法的韶光比英特尔还更长一些。

在这个期间处理器顶盖已经在设计上迎合了主动散热的须要。

英特尔在早期利用Socket 423插座，Willamette核心的Pentium 4处理器上做了一个大胆的考试测验，采取了OOI封装。
这种办法利用了反转芯片设计，个中Die朝下附在基体上，实现更好的旗子暗记完全性、更有效的散热，同时开始利用了集成式散热器器 (IHS)。
集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。

由于IHS与Die之间有很好的热打仗并且供应了更大的表面积以更好地发散热量，以是显著地增加了热传导。

Pentium III处理器再一次成为了小白鼠，也造就了一代名作Tualatin（图拉丁）核心。
Coppermine-T核心和Tualatin核心的Pentium III处理器上也相继利用了我们现在很熟习的集成式散热器 (IHS)，包括利用Socket 478插座的Pentium 4处理器，都采取了这种被称为FC-PGA2的封装办法。

这种处理器顶盖的构造离我们现在的认知更近了一步。

这期间英特尔处理器转向了LGA 775插座，而处理器利用了PLGA封装，这是“Plastic Land Grid Array”的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。
由于没有利用针脚，而是利用了眇小的点式接口，以是PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的旗子暗记传输丢失和更低的生产本钱，可以有效提升处理器的旗子暗记强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降落生产本钱。

随着底座改成触点式，这期间处理器顶盖已经和我们现在的构造趋于同等了。

LGA 115X插座开始，处理器顶盖从外不雅观上看，基本变革不大，构造也差不多，一贯沿用至今。
实际上细微的差别和变革是存在的。

例如处理器顶盖有采取圆角的（上图），也有直角的（下图），但更多的只是不同晶圆厂生产线或批次不同造成的。

现在新款处理器上的PCB板在不知不觉中变得越来越薄，如果没有放一起比较，大概很多人都不会创造，摆一起这种变革就很明显了。

前些年一贯有谈论关于英特尔为何不再利用钎焊，事实上越来越小的芯片面积和越来越薄的电路板（PCB）是紧张缘故原由，会使得钎焊难度加大。

不过近两代的酷睿由于发热量增大，英特尔重新利用了钎焊工艺顶盖，以金属材料代替硅脂后，热传导的效率大大提升，有助于CPU更好、更稳定的性能表现。

资料参考和图片引用

CPU World

CPU-Zone

Mynikko

英特尔官网

Semantic Scholar