- Intel 386 प्रोसेसर 1985 में पहली 32-बिट x86 चिप के रूप में लॉन्च किया गया।
- Lumafield के 3D CT स्कैन के परिणाम में सिरेमिक पैकेज के भीतर 6 जटिल वायरिंग लेयर और लगभग न दिखने वाली साइड मेटल कॉन्टैक्ट वायर छिपी होने की खोज हुई।
- I/O और लॉजिक सर्किट के लिए दो स्वतंत्र पावर नेटवर्क स्ट्रक्चर लागू कर चिप की स्थिरता बढ़ाई गई।
- निर्माण के दौरान सभी पिनों को गोल्ड प्लेटिंग देने के लिए बाहरी हिस्से से जुड़े छोटे साइड वायर का उपयोग किया जाता है।
- 386 पैकेज की जटिलता को आज के प्रोसेसर पैकेजों की तुलना में भी महत्वपूर्ण तकनीकी प्रगति माना जाता है।
386 प्रोसेसर सिरेमिक पैकेज की आंतरिक संरचना का विश्लेषण
386 प्रोसेसर का परिचय और बाहरी रूप
- 1985 में Intel द्वारा लॉन्च किया गया 386 प्रोसेसर x86 लाइन का पहला 32-बिट चिप था।
- चिप 132 गोल्ड-प्लेटेड पिनों के साथ नीचे की तरफ निकले हुए एक चौकोर सिरेमिक पैकेज में रखी गई है।
- यह बाहरी तौर पर सरल दिखता है, लेकिन अंदर अपेक्षा से कहीं ज्यादा जटिल संरचना मौजूद है।
CT स्कैन द्वारा आंतरिक संरचना की खोज
- Lumafield द्वारा किए गए 3D CT स्कैन से पता चला कि सिरेमिक पैकेज के अंदर 6 जटिल वायरिंग लेयर मौजूद हैं।
- चिप के अंदरूनी भाग में पैकेज के किनारे से जुड़े लगभग अदृश्य मेटल वायर छिपे हुए हैं।
- I/O और CPU लॉजिक सर्किट के लिए अलग पावर तथा ग्राउंड नेटवर्क अंदर मौजूद हैं।
सिरेमिक पैकेज, पैड और वायरिंग
- 386 पैकेज में डाई के आसपास 2-टियर (2-tier) मेटल कॉन्टैक्ट लगे हैं।
- बॉन्ड वायर का व्यास लगभग 35 μm है, यानी बाल से भी पतला।
- डाई-पैड-पिन-मदरबोर्ड के बीच सिग्नल और पावर बॉन्ड वायर के जरिए स्तरानुसार जुड़े हैं।
- अंदर का हिस्सा सिरेमिक मैटेरियल के 6-लेयर PCB जैसा दिखता है।
सिरेमिक निर्माण और इलेक्ट्रोड संरचना
- निर्माण एक लचीली सिरेमिक ग्रीन शीट (एडहेसिव मिश्रण) से शुरू होता है, फिर यह via-hole कटिंग और वायर निर्माण से गुजरता है।
- कई शीटों को स्टैक किया जाता है और उच्च तापमान पर सिन्टर करके मजबूत स्ट्रक्चर बनाया जाता है।
- पिन और आंतरिक कॉन्टैक्ट को गोल्ड-प्लेटिंग के बाद गोल्ड बॉन्ड वायर से डाई से जोड़ा जाता है, तथा मेटल कैप को सोल्डर कर फिनिश किया जाता है।
- टेस्ट और लेबलिंग चरण के बाद पैकेज शिप किया जाता है।
वायरिंग लेयर (सिग्नल लेयर/पावर लेयर) की संरचना
- सिग्नल लेयर: पैकेज के शेल्फ़ पैड और पिन को मेटल ट्रेस जोड़ते हैं, और बॉन्ड वायर के जरिये डाई से कनेक्ट करते हैं।
- पावर लेयर: एक सिंगल कंडक्टिव प्लेन में कई via holes और पिन-विया शामिल हैं।
- पावर लेयर और सिग्नल लेयर के बीच कई प्रकार के via connections मौजूद हैं, जो वायरिंग का लेयर्ड इंटरफेस बनाते हैं।
प्लेटिंग के लिए साइड वायर (Electroplating Contacts)
- निर्माण के दौरान सभी पिनों को कैथोड बनाकर गोल्ड प्लेटिंग करने के लिए, हर पिन को छोटे वायर द्वारा अलग-अलग पैकेज के साइड तक बढ़ाया जाता है।
- यह वायर पैकेज के किनारे के पास मुश्किल से दिखता है, और CT स्कैन के कारण अंदर की कनेक्टिविटी संरचना को दृश्य रूप से देखा जा सका।
पावर नेटवर्क की डुप्लिकेटिंग
- 386 के 20 पिन (Vcc) और 21 पिन (Vss) क्रमशः +5V पावर और ग्राउंड से जुड़े हैं।
- I/O और लॉजिक सर्किट के पावर/ग्राउंड को अलग करके सुनिश्चित किया गया कि I/O ऑपरेशन के दौरान वोल्टेज फ्लक्टुएशन लॉजिक सर्किट में न घुसे।
- मदरबोर्ड पर एक ही पावर लाइन उपयोग होती है, लेकिन decoupling capacitor वोल्टेज स्पाइक को दबाकर लॉजिक सर्किट की स्थिरता बनाए रखते हैं।
No Connect (NC) पिन का उपयोग
- 386 पैकेज में 8 NC (Not Connected) पिन मौजूद हैं।
- डाई पर कनेक्टिविटी पैड मौजूद हैं, लेकिन कुछ में वास्तव में बॉन्ड वायर नहीं होता।
- ये NC पैड टेस्ट के दौरान आंतरिक सिग्नल तक पहुँचने के लिए इस्तेमाल किए जा सकते हैं।
- इनमें से एक NC पिन वास्तव में कनेक्टेड पाया गया, जिससे उस पिन के जरिए असामान्य सिग्नल ऑब्ज़र्वेशन संभव हो सकता है।
डाई के अंदर पैड का पिन मैपिंग
- पारंपरिक DIP संरचना की तुलना में PGA (Pin Grid Array) में पिन-पैड मैपिंग अस्पष्ट रहती है।
- CT डेटा एनालिसिस से डाई के प्रत्येक पैड और बाहरी पिन के बीच कनेक्शन का ट्रैक किया गया।
- यह जानकारी पहले सार्वजनिक रूप से लगभग उपलब्ध नहीं थी।
Intel पैकेजिंग का इतिहास और बदलाव
- शुरुआती Intel प्रोसेसरों में पिन लिमिट और छोटे पैकेज के कारण परफॉर्मेंस पर सीमाएँ थीं।
- 386 से, 132-पिन सिरेमिक पैकेज के जरिए scalability, performance और thermal performance में सुधार किया गया।
- लेकिन जब सिरेमिक पैकेज की कीमत डाई की कीमत से ऊपर चली गई, तो सस्ता और बड़े पैमाने पर निर्माण में आसान प्लास्टिक पैकेज (PQFP) वर्जन भी लॉन्च किया गया।
- आज के प्रोसेसरों में 2049 सोल्डर बॉल (BGA) या 7529 कॉन्टैक्ट (LGA) जैसी बड़ी काउंट के साथ कनेक्शन बहुत बढ़ गए हैं।
निष्कर्ष
- 386 पैकेज देखने में सरल लगता है, लेकिन इसमें इलेक्ट्रोप्लेटेड कॉन्टैक्ट, 6-लेयर वायरिंग, ड्यूल पावर नेटवर्क जैसी काफी जटिल तकनीक लागू है।
- आधुनिक प्रोसेसर पैकेजों के अंदर इससे भी अधिक छिपी हुई संरचनाएँ और तकनीकी रहस्य मौजूद हैं।
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