- El procesador Intel 386 se lanzó en 1985 como el primer chip x86 de 32 bits.
- Los resultados del escaneo 3D por CT de Lumafield revelan que dentro del encapsulado cerámico hay 6 capas complejas de cableado, junto con delgadas líneas de contacto metálico lateral casi invisibles.
- Se mejoró la estabilidad del chip al aplicar una estructura de dos redes de alimentación independientes para I/O y la lógica.
- Para realizar el revestimiento con oro (electrodeposición) de cada pin durante la fabricación, se usan pequeños alambres laterales conectados al exterior.
- La complejidad del paquete del 386 se considera un avance técnico significativo, incluso comparada con los paquetes de procesadores modernos.
Análisis de la estructura interna del paquete cerámico del procesador 386
Presentación y apariencia externa del procesador 386
- El procesador 386 lanzado por Intel en 1985 fue el primer chip de 32 bits de la familia x86.
- El chip está alojado en un encapsulado cerámico cuadrado con 132 pines de acabado dorado que sobresalen por la parte inferior.
- Aunque su apariencia parece simple, internamente tiene una estructura mucho más compleja de lo esperado.
Descubrimiento de la estructura interna mediante escaneo CT
- El escaneo 3D por CT realizado por Lumafield confirmó que había 6 capas de cableado complejas dentro del encapsulado cerámico.
- En el interior del chip hay hilos metálicos casi invisibles, conectados al lateral del paquete.
- En el interior hay una red de alimentación y tierra separadas para I/O y el circuito lógico de la CPU.
Paquete cerámico, pads y cableado
- El paquete 386 incluye contactos metálicos de 2 niveles (2-tier) ubicados alrededor del die.
- El diámetro de los bond wires es de unos 35 μm, más delgado que un cabello.
- A través de los bond wires, señal y energía se conectan de forma jerárquica entre dado-pad-pin-placa base.
- Por dentro tiene una estructura similar a una PCB de seis capas en material cerámico.
Fabricación cerámica y estructura de electrodos
- La fabricación comienza con una hoja verde cerámica flexible (mezcla con aglutinante), y pasa por el corte de hoyos de vía y la formación de hilos.
- Varias capas se apilan y luego se sinterizan a alta temperatura para formar una estructura robusta.
- Los pines y pads internos se conectan al die con bond wires de oro después de aplicar el revestimiento dorado y se completa soldando una tapa metálica.
- Tras las pruebas y el etiquetado, se envía.
Estructura de las capas de interconexión (capa de señal/capa de potencia)
- Capa de señal: una traza metálica conecta el shelf pad y los pines del paquete, y se conecta al die mediante bond wires.
- Capa de potencia: está formada por una única cara conductora (plane) con numerosos agujeros y vías de pin.
- Entre la capa de potencia y la capa de señal existen varias conexiones por vías que forman una interfaz jerárquica de cableado.
Alambres laterales para electrodeposición (Electroplating Contacts)
- Durante la fabricación, para que cada pin funcione como cátodo y pueda recibir el electrodeposito de oro, cada pin se conecta con un pequeño alambre que se extiende individualmente hasta el lateral del paquete.
- Este alambre apenas se distingue en la parte de la esquina del paquete, y el escaneo CT permite ver visualmente la estructura interna de conexión.
Duplicación de la red de alimentación
- En el 386, 20 pines (Vcc) y 21 pines (Vss) están conectados respectivamente a +5V y tierra.
- Al separar la alimentación y la tierra de I/O y la lógica, se evita que las variaciones de voltaje durante la operación de I/O se introduzcan en la lógica.
- Aunque la placa base usa la misma fuente, los condensadores de desacoplo suprimen los picos de voltaje y aseguran la estabilidad del circuito lógico.
Uso de pines No Connect (NC)
- El paquete 386 tiene 8 pines NC (No Connect).
- El die cuenta con pads de conexión, pero en algunos no hay realmente bond wires.
- Estos pads NC pueden usarse durante las pruebas para acceder a señales internas.
- Uno de los pines NC está realmente conectado, por lo que a través de ese pin podría ser posible observar señales inusuales.
Mapeo de pines de los pads internos del die
- A diferencia de la estructura DIP tradicional, en una configuración PGA (Pin Grid Array) el mapeo de pin-pad no es claro.
- Mediante el análisis de datos de CT se rastrea la relación de conexión entre cada pad del die y los pines externos.
- Esta información no había sido divulgada casi en su totalidad al público.
Historia y cambios en el empaquetado de Intel
- Los primeros procesadores de Intel tenían limitaciones de rendimiento por el número limitado de pines y por el paquete pequeño.
- A partir del 386, el encapsulado cerámico de 132 pines mejoró la escalabilidad, rendimiento y disipación térmica.
- Sin embargo, cuando el costo del paquete cerámico superó al del die, se introdujo también una versión de paquete plástico (PQFP), más económica y fácil de producir en masa.
- Los procesadores modernos llegan a tener un número de conexiones muy superior, como 2049 bolas de soldadura (BGA) o 7529 contactos (LGA).
Conclusión
- Aunque el paquete del 386 parece simple en apariencia externa, incorpora tecnologías bastante complejas, como contactos de recubrimiento electrolítico, cableado de 6 capas y una red de alimentación doble.
- Los paquetes de procesadores modernos esconden más estructuras ocultas y secretos técnicos que este.
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