未来封装技术：BBUL 邱晓光 2001年 41期 通常，幕后英雄都不引人注目的，无论是在娱乐界，还是科技界，总有默默无闻做出贡献的人或事物。拿微处理器来说，我们关心的主要是架构、缓存、总线接口、工作频率，当讲到制造工艺对性能有关的影响时，也不过说说内核面积、成品率、电路尺寸之类，然而，许多人都没有注意到一个影响CPU稳定性、性能、时钟速度的关键因素——封装。CPU主要分为两个部分：硅片部分是处理器的主体，封装是连结内核与外部的桥梁。一个处理器的封装决定它可以达到的工作频率，并能控制外频。究竟它是怎样做到的呢？下文将为你解开这个奥秘。 　　#1一、认识封装 　　以Duron 1GHz为例（^41030201a^），CPU中心的是内核硅片，包含了计算、载入/存储请求、分支等逻辑单元。Duron使用反转芯片封装，反转的意思是我们在CPU表面可以看到的内核部分，实际是内核的底部，主要目的让它可以直接接触到散热器，增强散热效果，对今天的大发热量产品来说，这是个必不可少的设计。 　　没有暴露的另一面就是硅片与封装的内部互连接口。Duron集成了2500多万个晶体管，要让它们与外部交换数据可不是件容易的事，内核与封装之间是非常细小的焊料，每个CPU约有3000个焊点，Pentium4为5000个，Itanium更达到惊人的7500个。在内核旁边（^41030201b^），有些蓝色或略带紫色的材料，称为孔形未充满原料，它包围着内核的周边地带，不仅用于温度补偿，还担当着连接硅片到封装的重要角色。虽然它们起很大作用，但也是造成CPU缺陷的一个原因，很多时候高产能的生产线，往往因为不合格的孔形未充满原料封装而导致产能下降。 　　#1二、封装的限制 　　由于不同的封装限制了反转芯片与底层连接的焊点数目，几年之后，它将成为CPU发展的一大障碍。为了让计算好的数据传送到系统其它部件，必须通过CPU底部那数以百计的针脚来发出信号，而在信号到达针脚之前，又要先通过硅片传播到封装。 　　当CPU变得更复杂或硅片面积缩小时，硅片扩展到封装的布线会变得非常困难，造价也因此而增加。 　　另一个限制在于封装自身。硅片在处理器表面，针脚却位于下面，意味着封装夹在两者之间，硅片与针脚通过微型通道来连接。今天的处理器约有1万个微型通道，几年后会增加3～5倍，这些通道的数目，也对CPU的发展有影响。 　　#1三、新封装的好处 　　新式处理器越来越复杂，因此需要更先进的硅片-底层互连技术，新的布线安排，内核面积亦进一步减少，若要提高CPU时钟频率，只有依靠新式封装的力量。最明显的例子是Athlon XP，AMD把Athlon从陶瓷封装升级到有机塑料，证明陶瓷封装已经限制了K7增加时钟频率，若想继续与英特尔开展CPU速度大战，必须从基础开始改进。 　　封装对外频同样有影响，Northwood（0.13微米 Pentium4）使用400MHz外频，Hammer的800MHz外频，都证明了封装的重要性。也许你曾经听说过早期桌面版Palomino在133MHz外频上运行有问题的谣言，看来不是空穴来风，AMD因此而更换了新封装。 　　#1四、BBUL 　　而最近英特尔宣称在处理器速度方面可以轻松地跨越10GHz，也正是因为它的封装技术有了发展，它利用BBUL（Bumpless Build-Up Layer，内建非凹凸层）封装技术，BBUL封装技术也是英特尔值得自豪的技术。尽管AMD处理器常在某些性能上超过英特尔的产品，但在制造工艺方面，却难以望其项背。英特尔甚至有一个独立部门来，从事封装研究，其员工超过900人，凭这点，它才敢说自己有能力集成10亿个晶体管，并把处理器频率提升到10GHz以上。 　　英特尔的ATD（Assembly Technology Development，装配技术发展）组位于美国亚利桑那州，（^41030201c^）BBUL就是它首先开发的技术。虽然这个技术在5～6年内还不会用到，但它确实改变了传统的封装观念。BBUL把硅片集成到内核中，制造CPU只需要单层封装，并让硅片嵌入在封装之内。还记得上面提过的反转焊点密度吗？BBUL无须更多的焊点（^41030201d^），硅片直接嵌入可以防止内核高于封装表面，再加上热量延展保护金属，不正当安装损坏的可能性大大降低。 　　BBUL让硅片更多接触CPU底部的电容器，增加了能源递送效率，减少了物理体积。BBUL芯片使用的内核与0.13微米Northwood差不多，外表却相差很远。 　　BBUL的最大好处是可以在单芯片内集成多内核，使用内部高速互连比外部总线快得多。不过，随之又产生另一个问题，在CPU检测时，必须将两个内核一起测试，其中一个坏了，整个CPU就要报废。很不幸，AMD的下一代处理器SledgeHammer正面临着这个难题。 　　#1五、总结 　　显然，BBUL是一个很前卫的封装技术，对处理器设计很有利，多芯片处理器模块集成三级缓存将变得更简单，这种封装技术还能应用于芯片组，可在北桥集成更高速的图形芯片。总之，它的出现，20GHz的CPU、1.2GHz外频不再是虚无缥缈的梦想了。