CPUのレビューは複雑です。パフォーマンスのベンチマークに到達する前に、シリコン、ダイ、パッケージ、IHS、sTIM などの用語の迷路をナビゲートする必要があります。専門用語が多く、説明はほとんどありません。 PC 愛好家が最も議論する CPU の主要な部分を定義します。
これは深く掘り下げることを目的としたものではなく、むしろ新進の CPU マニア向けの一般的な用語の紹介であることに注意してください。
シリコンから始める
10 年以上前、インテルは、原材料から最終製品に至るまで、プロセッサーの製造方法の基本を共有しました。このプロセスを基本フレームワークとして使用して、CPU の主要なコンポーネントであるダイを見ていきます。
CPUに最初に必要となるのはシリコンです。この化学元素は砂の中で最も一般的な成分です。インテルはシリコンインゴットから始めて、それをスライスしてウェーハと呼ばれる薄いディスクにします。
次に、ウェーハが「鏡のように滑らかな表面」になるまで研磨され、そこから楽しい時間が始まります。シリコンは原材料から電子の動力源に変わります。
シリコンウェーハにはフォトレジスト仕上げが施されます。次に、UV 光にさらされてエッチングされ、別のフォトレジスト層が形成されます。最終的には銅イオンが注入され、研磨されます。次に、この時点でウェーハ上に存在するすべての小さなトランジスタを接続するために金属層が追加されます。 (前述したように、ここでは基本的なことのみを説明します)。
さて、ここで気になる点に移ります。ウェーハの機能性がテストされます。合格した場合は、ダイスと呼ばれる小さな長方形にスライスされます。各ダイには、CPU のキャッシュやその他のコンポーネントだけでなく、複数の処理コアを含めることができます。スライス後、金型は再度テストされます。合格したものは店頭に並ぶ予定です。
ダイとは、プロセッサの心臓部であるトランジスタを搭載した小さなシリコン片のことです。他のすべての物理的部品は、その小さなシリコン片がその役割を果たすのに役立ちます。
ただし、ここがキッカーです。入手するプロセッサに応じて、CPU には 1 つまたは複数のシリコン ダイが搭載されます。 1 つのダイは、コアやキャッシュなどのプロセッサのすべてのコンポーネントが 1 つのシリコン上にあることを意味します。複数のダイの間に接続材料があります。
特定の CPU に単一のダイがあるか複数のダイがあるかを確実に知る簡単な方法はありません。それはメーカー次第です。
Intel は、消費者向けプロセッサに単一のダイを使用していることで有名です。これはモノリシック設計と呼ばれます。モノリシック設計の利点は、すべてが同じダイ上にあり、通信の遅延がほとんどないため、パフォーマンスが高いことです。
しかし、同じサイズのシリコン上にますます小型のトランジスタを詰め込む必要がある場合、進歩するのは難しくなります。また、すべてのコアが動作する状態で動作する単一のダイを製造することも難しくなります。特に 8 コアまたは 10 コアの場合はそうです。
これは AMD とは対照的です。同社はいくつかのモノリシックプロセッサを製造していますが、Ryzen 3000デスクトップシリーズはより小型のシリコンチップレットを使用しており、現在シリコン上に4つのコアがあります。これらのチップレットは、コア コンプレックス (CCX) と呼ばれます。これらを一緒に詰めて、より大きなコア コンプレックス ダイ (CCD) を作成します。その CCD は、AMD の用語ではダイに相当します。これは、機能する CPU を作成するために接続されたいくつかの小さなシリコン チップレットです。
AMD プロセッサには、I/O ダイと呼ばれる CCD とは別のシリコン ダイもあります。ここではその詳細には触れませんが、 TechPowerUp の 2019 年 6 月の記事 で詳細を読むことができます。
機能するシリコン ダイの作成がいかに複雑かを考えると、10 コアの単一ダイを作成するよりも、4 コアの小さなユニットを作成する方が明らかに簡単です。
CPUパッケージ
ダイが完成したら、コンピュータ システムの残りの部分と通信するために何らかの助けが必要です。これは通常、基板と呼ばれる小さな緑色の基板から始まります。
完成した CPU を裏返すと、緑色の基板の底部に金色の接点 (メーカーによってはピン) が付いています。これらの接点またはピンはマザーボードのソケットに適合し、CPU がシステムの他の部分と通信できるようになります。
プロセッサの内部に戻りますが、シリコン ダイはまだ覆われていません。ここでの主なコンポーネントはサーマル インターフェイス マテリアル (TIM) です。 TIM は熱伝導率を向上させます (CPU 冷却にとって重要)。通常、サーマル ペーストまたは sTIM (はんだ付けサーマル インターフェイス マテリアル) の 2 つの形式のいずれかで提供されます。
TIM の材質は、同じメーカーの CPU の世代によって異なる場合があります。 CPU ニュースを読むか、完成したプロセッサを自分で開ける (「デリッド」する) ことがない限り、特定の CPU が何を備えているのかを実際に知ることはできません。たとえば、Intel は 2012 年から 2018 年までサーマル ペーストを使用していましたが、その後、上位レンジの第 9 世代 Core プロセッサで sTIM の使用を開始しました 。
いずれにしても、パッケージを構成する要素は、ダイ、基板、TIM です。
最後に、パッケージの上部には、統合されたヒート スプレッダー (IHS) があります。 IHS は CPU からの熱をより広い表面積に分散させ、CPU の温度を下げます。 CPU ファンまたは液体クーラーは、IHS に蓄積された熱を放散します。 IHS は通常、ニッケルメッキされた銅で作られています。上に示すように、CPU の名前が印刷されています。
これで CPU のツアーは終わりです。繰り返しますが、ダイはプロセッサ コア、キャッシュなどを含むシリコンのビットです。パッケージには、ダイ、PCB、および TIM が含まれています。そして最後に、IHS もあります。
それ以外にもたくさんのことがありますが、これらは CPU のニュースやレビューで焦点を当てている重要な点です。
