中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU的基本结构

CPU一般包括三部分:基板、核心、针脚如图,目前的CPU一般就是包括三个部分: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。

主板cpu架构 主板cpu配置图_Core

cpu内部结构显微图

把这块芯片放到光学显微镜下,看到那些小点都是一个个金属垫(metal pad),用来连接芯片内部与外面的电路板。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机软件_02

拉近距离,可以看到金属垫中间的小洞里面有一些特殊结构。

主板cpu架构 主板cpu配置图_主板cpu架构_03

那里原来是一层层的导线,好像三明治叠在一起。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机软件_04

调整显微镜,依次把焦点对准不同的导线,先是上层。

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然后,焦点对准中间的那层导线。

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最后是下层导线。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机软件_07

导线的下面就是硅片层(晶圆),也就是晶体管的位置。但是这时,光学显微镜已经到放大的极限了,只好改用电子扫描显微镜(scanning electron microscope)。

因为没有办法去掉导线层,所以先把芯片一切二,观察横截面。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机cpu结构实物图片_08

可以看到芯片的底部,也就是金属层底部有一些线条。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机cpu结构实物图片_09

把底部放大。

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肉眼看到大概有六层,全部都是金属导线,估计就是刚才光学显微镜里看到的导线层。

主板cpu架构 主板cpu配置图_计算机cpu结构实物图片_11

换一个更好的角度。

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这台电子扫描显微镜的极限是250纳米,而奔三的制造工艺是180纳米(根据wikipedia),所以没法看见更细的导线层,更不要说下面的晶体管了。

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换一个角度,从上往下看,依然是一层层叠加的导线。由于暂时没办法把这些导线去掉,所以晶体管层还是看不见。

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