Intel 386 под рентгеном: технологии, изменившие мир

В сегодняшнем мире передовых техпроцессов и технологий корпусирования Intel 386 выглядит скромно — серая керамическая пластина со 132 золотыми контактами, которую легко представить валяющейся в старой коробке с запчастями. Но за этим невзрачным фасадом скрывается чудо корпусирования микросхем конца 1980-х, инженерное решение, которое мы стали воспринимать как должное. С помощью компьютерного томографа и хитроумной цифровой обработки Кен Ширрифф сумел изучить каждый слой этого классического процессора, не притронувшись к отвертке или паяльнику.

Сканирование произвело сотни тончайших рентгеновских срезов, которые были сшиты в 3D-модель, позволяющую вращать, масштабировать и послойно «снимать» цифровую оболочку. Первым открытием стал ореол из золотых проволочных соединений, каждое толщиной всего 35 мкм, что гораздо тоньше человеческого волоса. Они расходятся лучами от кремниевого кристалла и служат микроскопическими подвесными мостами между контактными площадками кристалла и внутренней разводкой корпуса. Некоторые из них передают простые данные или управляющие сигналы, другие объединяются в группы — до пяти на одну площадку — для работы с более высокими нагрузками по питанию и заземлению.

Снимите еще один слой, и корпус 386-го покажет свою истинную сложность: по сути, это миниатюрная шестислойная печатная плата. Два внутренних слоя передают сигналы, а четыре выделенных медных слоя обеспечивают чистое, стабильное питание и заземление для различных секций чипа. Этот метод монтажа, называемый «однорядным двухполочным», описанный в собственной документации Intel по корпусированию, был способом вместить максимальное количество соединений в удивительно компактный корпус.

Видео от DGL.RU

Углубившись в сканы, Ширрифф смог составить карту соединений контактов: некоторые из них идут напрямую к площадкам ввода-вывода, другие — глубоко в сеть питания и логики. Компьютерная томография даже выявила детали, которые Intel, вероятно, никогда не собиралась никому показывать, например, тонкие боковые проводники, использовавшиеся при производстве для гальванического золочения контактов. Эти контакты для нанесения покрытия, едва заметные шипы по краю корпуса, были подтверждены, когда он слегка отшлифовал керамику, чтобы сопоставить ее со сканами.

Далее сканы сравнивают сигнальные и силовые слои бок о бок, что раскрывает всю продуманность дизайна. Сигнальные слои похожи на запутанную паутину тонких медных дорожек, которые проходят между крошечными переходными отверстиями, передавая все данные и управляющие сигналы по всему чипу. Они сложны и точны, созданы для навигации в запутанной внутренней логике.

Силовые слои, напротив, представляют собой почти сплошные листы меди с несколькими отверстиями для прохождения контактных площадок и переходных отверстий. Эти слои обеспечивают чистую, стабильную подачу питания и заземления на чип, гарантируя, что все работает гладко, без помех или шума, которые могли бы вызвать сбои.

Под кремниевым кристаллом рентген обнаруживает яркое пятно — это эпоксидная смола с серебряным наполнением. Это не просто клей; это тщательно подобранный материал, который отводит тепло от чипа, а также обеспечивает прямое соединение с землей с низким сопротивлением. Это незаметная, но жизненно важная часть того, как корпус обеспечивает стабильность и надежность 386-го процессора под нагрузкой.

Корпус выступает в роли моста, соединяющего элементы совершенно разных масштабов. Внутри кремниевого кристалла самые мелкие элементы имеют ширину около 1 микрометра — их едва видно даже под микроскопом. Затем они переходят в проводку на кристалле шириной около 6 микрометров, которая соединяется с контактными площадками, расположенными на расстоянии примерно в четверть миллиметра друг от друга.

Эти контактные площадки соединяются с площадками корпуса, расположенными на расстоянии полумиллиметра, и, наконец, с контактами на нижней стороне чипа, расположенными на расстоянии 2,54 миллиметра друг от друга. Это невероятное увеличение масштаба — примерно в 2500 раз — от микроскопической логики ядра до массивных (по сравнению с ней) контактов сокета, которые можно увидеть и потрогать.

Если бы вы выстроили в ряд один из проволочных соединителей 386-го рядом с контактом сокета, к которому он подключается, разница в размерах была бы абсурдной. В этом и заключается прелесть этого корпуса: он не только защищает кристалл, но и превращает хрупкое микроскопическое устройство в прочную, устанавливаемую деталь, которую, теоретически, можно было бы вручную вставлять и вынимать из материнской платы.

Кроме того, корпус 386-го включает восемь контактов с маркировкой «No Connect» (NC), что означает, что они не подключены к материнской плате и кажутся неиспользуемыми. Внутри кристалла большинство этих NC-площадок почти соединены, с внутренней проводкой и местами для проволочных соединений. Intel оставила их в качестве заготовок, вероятно, для тестирования или отладки во время производства. Интересно, что один NC-контакт на самом деле подключен к кристаллу и функционирует как выход, намекая на скрытые сигналы, которые Intel держала в секрете.

386-й процессор ознаменовал кульминацию перехода Intel к полному освоению большого количества контактов и передового корпусирования, признавая, что сложные чипы требуют сложных многослойных керамических корпусов для управления питанием, целостностью сигнала и теплом. Этот сдвиг был ключевым, обеспечив скачки производительности, которые сделали возможным современный компьютинг.

Сейчас легко забыть, но именно 386-й процессор сделал возможными современные многозадачные ПК, и его корпус был так же важен для этого скачка, как и количество транзисторов. Работа Ширриффа с КТ-сканером не просто удовлетворяет любопытство; это напоминание о том, что в ранних войнах микропроцессоров Intel вкладывала одни из лучших в мире инженерных талантов в то, что казалось самым обыденным аспектом — «коробку, в которой он поставляется». Только время покажет, вернется ли некогда культовый инновационный гигант к своей былой славе.

Intel Nova Lake: 28 ядер в мобильном процессоре — это реально?