Co w sobie kryje procesor

Oto zdjęcie rentgenowskie procesora 386. Styki są ukazane w jasnobiałym kolorze. Szary kwadrat pośrodku to krzemowa matryca. Wewnątrz obudowy szarawe ścieżki łączą styki matrycy ze stykami na obudowie procesora.


W przeszłości Intel bardzo skąpił pinów, wykorzystując „dane od Boga 16 pinów” w procesorze 4004, mimo że sprawiało to, że układ był wolniejszy i trudniejszy w użyciu. Kiedy Intel został zmuszony do użycia 18 pinów, Federico Faggin powiedział: „To było tak, jakby niebo zwaliło się nam na głowy”.


Ostatecznie Intel przeszedł na układy 40-pinowe (na zdjęciu: 8086). Jednak w latach 80. te „Dual Inline Packages” (DIP) nie były już wystarczająco dobre: tanie, ale z niewystarczającą liczbą pinów i o wiele za duże w porównaniu do maleńkiej krzemowej matrycy w środku. Popularne stały się małe układy scalone i inne nowocześniejsze pakiety.


Procesor 386 potrzebował 132 pinów, więc Intel zaprojektował niestandardową ceramiczną obudowę z siatką pinów. Ceramiczna obudowa zawierała sześć warstw połączeń elektronicznych: dwie warstwy sygnałowe, dwie zasilające i dwie uziemiające. Do zasilania i uziemienia wykorzystano 40 pinów, aby zminimalizować zakłócenia elektryczne.



Obwody logiczne 386 są zasilane oddzielnie od pinów I/O. Zmiana stanu wyjścia pobiera dużo prądu, co powoduje wahania mocy. Mogłoby to spowodować zawodność, gdyby obwody logiczne korzystały z tego samego zasilania. Dlatego wejścia/wyjścia mają oddzielne piny i połączenia na matrycy.


Poniższe zdjęcie rentgenowskie pokazuje warstwy wewnątrz pakietu 386. Grube ścieżki prowadzą od pinów sygnałowych do matrycy. Zasilanie/uziemienie mają metalowe płaszczyzny, perforowane, aby ceramika trzymała się razem.


To zbliżenie pokazuje, jak cieniutkie przewody łączą matrycę z obudową. Pakiet ma dwa poziomy złotych padów, które są połączone z maleńkimi padami łączącymi na krzemowej matrycy.


Połączenia zasilania i uziemienia wykorzystują wiele równoległych przewodów. Pozwala to na większy przepływ prądu, a także zmniejsza indukcyjność (a tym samym szumy). Pakiet Intela był znacznie lepszy niż inne 132-pinowe pakiety o 1/4 indukcyjności. Wynikający z tego szum wynosił poniżej 0,5 V.


Koszt produkcji matryc 386 przez firmę Intel gwałtownie spadł. Ostatecznie obudowa kosztowała więcej niż sama matryca. Intel przeprojektował procesor 386 tak, aby zmieścił się w tańszej plastikowej obudowie.


Obudowa jest niedoceniana, ale ma zasadnicze znaczenie dla tworzenia małych i niezawodnych chipów. W szczególności doprowadzenie zasilania do układu scalonego, a następnie jego dystrybucja są trudniejsze, niż mogłoby się wydawać. W dzisiejszych czasach obudowa, zasilanie i odprowadzanie ciepła to jeszcze większy problem niż w czasach powstawania procesora 386.