原创 “千足虫”进化史－－从表像看CPU发展

IBM推出了一种新的存储技术，叫做“千足虫”。这个富有创意的名称，一下子让我想到了CPU众多的引脚。不是吗？现在CPU引脚数已经有数百个之多，不正像一个千足虫吗？那么，这样的千足虫是怎样进化而来的呢？

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显微镜下的千足虫

一、急剧增长的引脚

《西游记》中有个脚踩风火轮的挪吒，他天生有三头六臂，能够眼观六路、耳听八方，所以能耐十分出众。考察CPU的发展历程，我们不难看出，CPU引脚的数目与性能高低之间也有密切的联系——引脚越多，性能也越高。

CPU引脚逐年增加

从Intel 8008到AMD Athlon FX，引脚数由18个提高到940（增长了50倍）。引脚数量的增长只是一个表象，在其背后隐含着处理器性能的巨大变化：数据线由8位增加到64位，位宽增长了8倍，即便频率不变，数据吞吐量也将大增；地址线由20根增加到36根，内存寻址空间由原来1MB（2²⁰）提高到4GB（2³⁶）；控制信号线增加，使处理器能够支持更大的指令集，扩展了处理器功能。从Pentium II起，增加了温度输出引脚，用于显示芯片温度，Pentium 4处理器中又增加了温度控制引脚，当核心温度超出设定的温度值时，从芯片外部发出指令让CPU降频甚至撤除时钟信号迫使CPU停止工作。

当然，在新增的CPU引脚中还有为数众多的供电引脚和接地引脚，例如LGA 775中就有250个供电引脚和273个接地脚。一个芯片为什么需要那么多的电源引脚和接地引脚呢？这个问题还是留给大家自己去思考吧。

在微处理器发展史上，CPU封装形式和连接方式经历了四次大的变革。芯片的封装形式历经DIP、PQFP、PGA、FC-PGA、BGA和LGA等，CPU与主板之间的连接方式从引脚式、卡式、针脚式发展到触点式。

CPU封装形式的变迁

第一次变革，从焊接到主板（DIP、PQFP）改为可插拔的连接方式，提高了易用性。

第二次变革，从四边连接方式（PQFP、LCC）改为底板连接方式（BGA、PGA和FC-PGA），是为了满足I/O引脚数急剧增长的需求。此次变革所获得的另外一个好处是，减少了引线长度，提高了抗干扰性能，更适合高频率CPU。

第三次变革，从socket接口变为slot接口。Pentium II和Pentium III和AMD K7处理器采用了slot接口设计：先将CPU连接到子卡上，然后子卡再通过slot插槽连接到主板。Slot插槽通过单边接触（SEC）方式与主板连接，让芯片站了起来，本来是希望借此提高散热效果，但因为在CPU与主板之间需要两次连接，降低了可靠性，得不偿失，所以从Pentium 4开始，又回到了soket这条老路上来。  

Pentium III for Slot 1

第四次变革，是为了满足Pentium 4处理器高功耗的需求，从PGA到FC-PGA的转变。FC-PGA是一种倒装芯片封装形式，将核心翻转过来，让核心与散热片紧紧地贴在一起，缩短了芯片核心与散热片的距离，减小了热阻。

从封装形式的四次变革中我们不难发现，早期的封装革新主要是为了提供更多的引脚，而后期的革新主要是为了改善芯片的性能和散热效率。Pentium 4处理器采用LGA连接方式，将PGA的插针变成了一个个圆形触点，增加了接触面积，也正是基于散热方面的考虑。