Аналізувати процесори – справа непроста. Перед тим, як перейти до тестів продуктивності, потрібно розібратися в таких поняттях, як кремній, кристал, упаковка, IHS та sTIM. Цей технічний жаргон може збити з пантелику. Ми розберемо ключові компоненти CPU, які найчастіше обговорюють ентузіасти комп’ютерів.
Цей матеріал є вступом до термінології для початківців, а не глибоким зануренням у тему.
Починаємо з Кремнію
Десять років тому Intel представила процес створення своїх процесорів, від сировини до кінцевого продукту. Ми використаємо цей процес як основу для розгляду ключового компонента ЦП: кристала.
Кремній є основним матеріалом для процесора. Цей хімічний елемент – найпоширеніший компонент піску. Intel починає зі злитка кремнію, який потім нарізає на тонкі диски, звані пластинами.
Пластини полірують до дзеркальної гладкості, після чого починається найцікавіше! Кремній перетворюється з вихідного матеріалу на електронний блок живлення.
На кремнієві пластини наносять фоторезист. Потім їх піддають впливу ультрафіолетового випромінювання, протравлюють і наносять ще один шар фоторезисту. Потім їх обливають іонами міді та полірують. Після цього додають металеві шари для з’єднання усіх крихітних транзисторів, що існують на пластині. (Знову ж таки, ми розглядаємо лише основи).
Тепер ми підійшли до головного. Пластину перевіряють на працездатність. Якщо вона проходить тест, її розрізають на маленькі прямокутники – кристали. Кожен кристал може мати кілька ядер процесора, кеш та інші компоненти ЦП. Після нарізки кристали знову перевіряють. Ті, що проходять, потрапляють на полиці магазинів.
Кремнієвий кристал процесора Intel Core 10-го покоління.
Ось що таке кристал: маленький шматочок кремнію з безліччю транзисторів, серце будь-якого процесора. Інші фізичні компоненти допомагають цьому шматочку кремнію працювати.
Але є нюанс: залежно від процесора, він може мати один або кілька кремнієвих кристалів. Один кристал означає, що всі компоненти процесора, як ядра та кеш, розташовані на одному шматку кремнію. У випадку кількох кристалів між ними знаходиться сполучний матеріал.
Не існує простого способу точно дізнатися, скільки кристалів має конкретний процесор. Це залежить від виробника.
Intel відома тим, що використовує один кристал для своїх процесорів для споживчого ринку. Це називається монолітною конструкцією. Перевага монолітної конструкції полягає у вищій продуктивності, оскільки все розташоване на одному кристалі, що мінімізує затримку у з’єднанні.
Однак, складніше досягти успіху, коли потрібно розміщувати дедалі менші транзистори на кремнії того ж розміру. Також важче виготовляти окремі кристали, які працюють з усіма ядрами, особливо якщо йдеться про вісім або десять ядер.
Схема процесора AMD Threadripper з використанням кількох CCX.
AMD має інший підхід. Хоча компанія також виробляє монолітні процесори, серія настільних комп’ютерів Ryzen 3000 використовує менші кремнієві чіплети, кожен з яких має чотири ядра. Ці чіплети називаються Core Complex або CCX. Їх об’єднують разом для створення більшого Core Complex Die (CCD). CCD – це те, що AMD називає кристалом. Це кілька невеликих кремнієвих чіпів, з’єднаних для створення функціонуючого ЦП.
Процесори AMD також мають кремнієвий кристал, окремий від CCD, який називається I/O Die. Ми не будемо зараз заглиблюватися в це питання, але ви можете дізнатися більше у статті від TechPowerUp за червень 2019 року.
Зважаючи на складність виготовлення функціональних кремнієвих кристалів, очевидно, що набагато простіше створити менший блок з чотирма ядрами, ніж один кристал з 10 ядрами.
Упаковка ЦП
Після завершення виготовлення кристала йому потрібна допомога для взаємодії з рештою комп’ютерної системи. Зазвичай це починається з маленької зеленої плати, яку часто називають підкладкою.
Якщо перевернути готовий процесор, на нижній частині зеленої плати будуть золоті контакти (або штифти, залежно від виробника). Ці контакти або штифти входять до гнізда материнської плати і дозволяють ЦП взаємодіяти з іншими компонентами системи.
Повертаючись до внутрішньої частини нашого процесора, ми ще не закінчили з кремнієвим кристалом. Основним компонентом тут є термоінтерфейсний матеріал, або TIM. TIM покращує теплопровідність (важливу для охолодження процесора). Зазвичай він випускається в одній із двох форм: термопаста або sTIM (паяний термоінтерфейсний матеріал).
Матеріал TIM може відрізнятися між поколіннями процесорів одного виробника. Дізнатися, який саме матеріал використовується в конкретному процесорі, можна лише прочитавши новини про цей процесор або самостійно розібравши його. Наприклад, Intel використовувала термопасту з 2012 по 2018 рік, але потім почала використовувати sTIM у процесорах Core дев’ятого покоління вищого цінового діапазону.
Отже, ось компоненти, що складають упаковку: кристал, підкладка та TIM.
Зображення процесора AMD Ryzen. Логотип надруковано на IHS.
Нарешті, у верхній частині упаковки розташований інтегрований розподілювач тепла, або IHS. IHS розподіляє тепло від ЦП на більшу площу поверхні, зменшуючи його температуру. Вентилятор процесора або рідинна система охолодження потім розсіюють тепло, що накопичилося на IHS. IHS зазвичай виготовляється з нікельованої міді. На ньому надруковано назву ЦП, як показано вище.
На цьому наша екскурсія по процесору завершена. Нагадаємо, кристал – це шматочок кремнію, що містить ядра процесора, кеш тощо. Упаковка складається з кристала, друкованої плати та TIM. І, нарешті, є також IHS.
Звісно, є багато інших деталей, але це основні моменти, на яких зазвичай зосереджуються новини та огляди ЦП.