看看CPU内部结构

看看CPU内部结构

看看CPU内部结构（尤其是超频的朋友）

使用电脑人几乎没有人不知道CPU每个人都能说出一些关于CPU的知识。那么你看到过CPU内部是什么样子的吗？本文会用简单的方式，可以让各位一探CPU内部秘密。

第一部分：CPU的基本结构：

我们都知道CPL是什么样子的，可是你知道CPU的内部是什么样子的吗？我们来看下图。

CPU一般包括三部分：基板、核心、针脚如图，目前的CPU一般就是就是包括三个部分：基板、核心、针脚。其中基板一般为PCB是核心和针脚的载体。核心和针脚，都是通过基板来固定的，基板将核心和针脚连成一个整体。核心，内部是众多的晶体管构成的电路。如上图，在我们的核心放大图片中，可以看到不同的颜色的部分，同一个颜色代表的是为实现一种功能而设计的一类硬件单元，这个硬件单元是由大量的晶体管构成的。不同的颜色代表不同的硬件单元。需要注意的是，在实际的芯片中，并没有颜色的区分，这里只是为了直观，我们才用不同的颜色代表不同的硬件单元。

第二部分，认识CPU核心的基本单位一一晶体管：

我们常说到的AMD主流的CPU早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心采用了3750万晶体管，Barton核心采用了5400万晶体管，Opteron核心采用了1.06亿晶体管；INTEL的P4的Northwood核心采用了5500万晶体管，Pr escott核心采用了

1.25亿晶体管等等，其实指的就是构成CPU核心的最基本的单位一一晶体管的数目。如此庞大数目的晶体管，是什么样子的，是如何工作的呢？我们来看下图。

CPU核心内最基本的单位三极管然后将这样的晶体管，通过电路连

接成一个整体，分成不同的执行单元，分别处理不同的数据，这样协同工作，就形成了具有强大处理能力的CPU了。那么这些电路是怎么连接在一起的呢。这就是我们要说的铜互连技术（图3）

CPU是以硅为原料上制成晶体管如上图，CPU是以硅为原料上制成

晶体管，覆上二氧化硅为绝缘层，然后在绝缘层上布金属导线（现在是铜），独立的晶体管连接成工作单元。现在采用了多层的铜互连技术。这样传递的信号相互干扰更小，品质更好。反应出来就是CPU的超频能力更强。现在的CPU已经采用了7层铜互连技术，以后还会采用更多层的铜互连技术。我们看到了上

面的采用了铜互连技术的线路设计，就又有一个问题出现了，这么负责的线路, 中间是怎么绝缘的呢？现在，我们继续来分析。

在CPU核心内电流从铜互连的导线上流过,这就是我们现在常听到一个热门的名词 ----------- Low-K（低介电常数绝缘体）工艺。其实这个low —k物质，就是

为了在铜互连层进行绝缘的。从图上我们可以看到，在CPU核心内，电流从铜

互连的导线上流过，low-k便用来绝缘。那么为什么要采用low —k这种技术呢？原因其实很简单：采用low —k作为绝缘物质，让线间漏电降低，使芯片的发热量低。目前大部分0.13微米制程产品都采用性能较低的FSG氟化玻璃介质作为绝缘层。这种芯片的发热量，远比采用low —k工艺的芯片发热量高。

但是，由于Low-k技术的芯片质地较脆，在芯片封装上需要较高工艺。原

来计划在0.18微米制程当中就计划采用低介电常数绝缘体Low-k技术，但是直到0.13微米制程开始成熟。由于Low-k技术的芯片质地较脆，在芯片封装上需要较高工艺，所以一直以来都受到良品率的困绕。不过现在low —k工艺已经基本成熟，配合先进的制程，降低了发热，便可以做出频率更高的CPU来。

第三部分，CPU使用中2个问题的解释：

对于CPU来说，我们很多读者都关系两个问题：CPU g频和CPU寿命。这里我们就对读者朋友疑问较多的这两个问题，进行一点简单分析。

关于CPU勺超频：CPU为什么可以超频呢？什么影响着超频的能力呢？

我们知道，CPU勺制造过程就是用激光在晶圆上蚀刻电路。所谓蚀刻就采用

一定波长的紫外透过掩膜（掩膜，相当与我们洗相片时候用的底版）后照射在硅晶圆上，将掩膜上的电路图像完整地复制到硅晶圆上。蚀刻过程中关键是所使用的紫外线的波长和晶圆的质量。波长越短的紫外线干扰和衍射现象就越不明显，晶体管就可以实现越小的线宽。

晶圆纯度越高直径越大，所生产的芯片性能越好良品率就越高。硅晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数是呈上升趋势。同时纯度越高，所生产出来的芯片瑕疵越少，频率越高'

晶体成型，切片，刻蚀电路是制造处理器必须的过程

这里我们就可以看出来，在CPU激光蚀刻过程中是不分频率的，也就是说都是按照同样的工艺生产的。但是在生产过程中，会出现较完美的芯片，和有瑕疵的芯片。

然后还要经过筛选标注的过程。就是按照不同的芯片的质量，优秀的标注为高的频率的产品，有瑕疵的为了稳定，标注为频率较低的产品。

CPU勺标注过程也是一个严格的检测过程。由于受到晶圆纯度和加工过程中不确定因素的影响，不可能所有的CPU都是按照设计生产出来的完美的产品。这就需要把产品按照实际性能的高低区分开来。这就需要严格的检测。CPU勺稳

定性检测是很严格的，其测试环境是相当苛刻的。通过大量的繁杂的多任务运算对CPU的稳定性进行全面的测试。这样选择一个保守的，能全部稳定通过所有严格测试的程序的频率，然后进行产品标志。这就是我们看到的CPU勺频率。而我们日常的使用中，可能使用几年也不会出现这么繁重的多任务使用环境，所以即使进行了超频，也还是稳定的。这就是几乎所有的CPU都可以进行超频

的原因所在。因为厂商已经为了稳定性的考虑，留了一部分频率提升的空间。

此外，还有一种情况是将同一批次生产的高频版本中的一些CPU标注为低

频版本。这大多发生在新工艺采用的初期，产能不足而不得已采用的方法，量不会太大，这就是所谓的超频极品。

谈到了这里，我们也可以看出来，其实影响超频能力就是制造工艺。只要工艺提高