Как работают процессоры: Взгляд снаружи

HOW CPUS WORK: A CLOSER LOOK AT EXTERIOR PROCESSOR DESIGN, PCWorld, май  2016. 

Процессоры располагаются в самом сердце компьютера. Каждую секунду они выполняют миллионы инструкций, благодаря чему  можно  смотреть Netflix или играть в Fallout 4. Они снижают свою тактовую  частоту, чтобы сэкономить электроэнергию,  и повышают ее, если нужно открыть новую вкладку в Chrome. Но обращали ли вы когда-нибудь внимание на то, как на самом деле  выглядит процессор? 
Недавние поломки компьютеров с процессорами Skylake наглядно продемонстрировали, что физические особенности чипа играют более весомую роль, чем можно было бы подумать. Поэтому давайте повнимательнее посмотрим на модели Intel Core i7-4790K и AMD’s FX-8370.

Не забывайте о треугольнике
Любой, кто когда-нибудь собирал  ПК,  подтвердит, что при установке процессора в предназначенный для него разъем нужно  действовать  очень аккуратно и осмотрительно, особенно если вы  делаете  это в первый раз. Процессоры Intel (и AMD) дают вам подсказку: совместите треугольник на углу чипа с соответствующим треугольником на краю процессорного сокета.

Несмотря на помощь в виде треугольника, может показаться, что рычаг, фиксирующий процессор, давит на него слишком сильно. На самом  же  деле это не так.

Контактные площадки
В нижней части современных процессоров Intel находятся сотни небольших электрических контактов. Каждый из них соприкасается с небольшим штырьком сокета Land Grid Array, благодаря чему процессор получает напряжение питания от  системной  платы и взаимодействует с остальными частями системы.

Ступенчатая конструкция
Внешний облик процессоров Intel формируют металлический радиатор и небольшая печатная плата. Они слегка сдвинуты относительно  друг  друга, формируя две независимые области, а теплоотвод имеет ступенчатую конструкцию. К нижней его части прижимается откидывающаяся крышка, удерживающая процессор в  разъеме, а  к верхней  —  радиатор, отводящий тепло.  Эти два  компонента не соприкасаются друг с другом.
Симметрично расположенные небольшие выемки наряду с уже упоминавшимся треугольником помогут правильно вставить процессор в разъем.

Тестовые площадки
На верхней грани платы процессоров Intel  находятся  контактные площадки, которые выглядят примерно так же, как контакты на нижней грани. Эти тестовые площадки используются в ходе доводки и отладки процессоров. Кроме того, они предназначены для тестирования и сортировки процессоров на фабрике перед их отправкой клиентам. В процессе тестирования проверяется правильность функционирования чипа, а процедура сортировки позволяет выяснить, на какой  частоте,  в соответствии с классификацией, определенной для конкретной модели, процессор работает устойчиво.

Вид снизу
В нижней части процессора Intel помимо контактных площадок находится центральная схема подачи электропитания с конденсаторами. Модель Intel Core i7-4790K имеет больше конденсаторов, чем  i7-4770K,  для более плавного регулирования напряжения при разгоне процессора.

Отличия продукции AMD
У процессоров AMD контактные площадки и схема подачи электропитания в нижней части отсутствуют. Если конструкция Intel LGA предусматривает размещение штырьков в разъеме  системной  платы, то на корпусе AMD Pin Grid Array находится плотный массив процессорных выводов, которые и образуют электрические соединения процессора с  системной  платой.
Процессор AMD  FX-8370, устанавливающийся  в сокет AMD  AM3+,  имеет в своей нижней части более 900 ножек.

Штырьки, штырьки
Поскольку процессоры AMD имеют штырьковые выводы, одно неловкое движение может привести к тому, что часть из них  погнется.  (В отличие от  них,  процессоры Intel можно устанавливать практически без всякого риска.) К счастью, погнутые ножки можно выпрямить с помощью кредитной карты,  придавая  им нужное положение.

Плоская поверхность
У разъемов AMD нет крышки, прижимающей процессор, и  потому  сами чипы имеют не ступенчатую, а фактически плоскую конструкцию. Сбоку от разъема находится небольшой  рычаг. Он  прижимает штырьки процессора к контактам  системной  платы и удерживает их  в неподвижном состоянии под действием  силы трения.
Поверхность радиатора размещается на большом теплоотводе, покрывающем кремниевый кристалл процессора.

И снова о треугольнике
У процессоров  производства  AMD и Intel имеется одна важная общая черта. Чипы AMD также маркируются небольшим треугольником, который помогает правильно сориентировать процессор в разъеме. Маленьким треугольником помечена как верхняя, так и нижняя грань чипа. Соответствующий маркер  имеется  и на всех  системных  платах, предназначенных для установки процессоров AMD.

Под колпаком … точнее,  под  теплоотводом
Еще одна общая особенность процессоров Intel и AMD связана с наличием кремниевого кристалла,  размещенного  внутри процессора, в центре его корпуса, который только что  был рассмотрен.  (На рисунке изображена подложка, объединяющая много-много процессорных кристаллов Intel Haswell.)
Эти крошечные интегральные  схемы, имеющие  примерно ту же длину, что и штырек, позволяют компьютеру рассчитывать траекторию движения врагов в игре или транслировать потоковое видео Twitch с вашим другом, делающим бутерброд. Как бы вы ни использовали свой ПК, технология, положенная в его основу, находится на грани волшебства.

И это еще не все!
Интересуетесь более глубоким погружением в оборудование, из которого состоит ПК? Специально для этого мы мелко порубили оперативную память и разорвали на клочки  системную  плату, чтобы показать, как работают соответствующие компоненты. Об этом  —  в следующих номерах. Не проходите мимо!