怎么取出20年代的cpu（超能课堂CPU顶盖之变迁）

如今台式机CPU我们普遍都不能直接看到芯片的样子，会有一个金属的盖子在上面包裹着，这就是CPU的顶盖。它是有一个正式的名称的，叫做集成散热器（Integrated Heat Spreader），简称IHS，最主要作用是帮助CPU散热的。

现在的CPU芯片（Die）的晶体管密度都非常高，小小的一颗芯片有着数以亿计的晶体管，表面积很小但发热量却很大，如何有效地把热量传导出去是一个很大的学问。另外硕大的散热器（台式机）直接安装在芯片上，对芯片施加的压力过大，容易造成电路板（PCB）变形，影响正常使用，CPU顶盖可以有效保护及分摊压力。

CPU顶盖的发展变化与CPU的封装及散热器也是有密切关系的，它们一起确保了CPU性能的充分发挥，有效地解决CPU运行中存在的积热问题。

接下来会以英特尔的CPU为主线，带大家一起看看CPU顶盖的发展变化过程。

1971年-1988年

早期的处理器结构还相对简单，晶体管数量不多，发热量也不大，陶瓷的顶盖上也不需要额外的辅助散热。

英特尔最早的4004、8008、8086、8088等CPU都采用了DIP封装，通过CPU的两边的引脚可插到主板上的插槽或焊接在主板上。事实上绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。

到了80286，80386时期，CPU顶盖大多仍是陶瓷材质，也有个别CPU的顶盖是采用塑料材质。随着处理器结构变得越来越复杂，晶体管数量的增多，封装方式的改变也使得CPU顶盖的面积变大了，不过仍然不需要额外辅助散热。

这时期CPU一般采用了QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装。CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，可以从四周引出，其引脚数一般都在100以上。QFP与PFP基本相同，前者一般是正方形，后者可以是长方形。这期间也开始有处理器使用PGA封装方式了。

1989年-1996年

这段时间集成电路的飞速发展，让处理器从内到外都发生了比较大的变化，即便英特尔的80486系列处理器前前后后就有各种不同封装和形态。

到后来，原有的陶瓷顶盖变得不能完全满足散热的需要了，CPU顶盖上出现了被动散热片的身影。

PGA封装方式开始更大规模应用，最显然易见的变化是，处理器的针脚不只有一圈，方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，可以围成数圈。同时还出现了CPU的专用插座，来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求，用于金属针脚的插座雏形就出现了。

到了Pentium处理器的时候，英特尔在部分型号的CPU上使用了金属顶盖加强散热，一般使用的是材质是铜，所以看起来金灿灿的。这种处理器数量并不多，而且大多数是向OEM厂商供应。

还有部分Pentium处理器使用了PPGA封装，英文全称为“Plastic Pin Grid Array”，是塑针栅格阵列的缩写。这些处理器除了有插入插座的针脚。为了提高热传导性，CPU顶盖使用了镀镍铜质的金属，同时芯片底部的针脚是锯齿形排列的。针脚的排列方式使得处理器只能以一种方式插入插座，外表上来说，和今天我们看到的处理器已经比较接近了。

Pentium处理器和80486系列处理器一样，有各种不同封装和形态，来满足特定客户或用途的需要，比较杂乱繁多。

在Pentium MMX/Pro处理器时期，金属顶盖开始普及，看到陶瓷顶盖的机会越来越少了。

在这期间，英特尔为了一些老用户平台升级方便，推出了Pentium OverDrive升级套件（80486/Pentium/Pentium II处理器都有类似的升级套件），直接把散热器及风扇作为了处理器的顶盖，而有的风扇甚至是从处理器插座中取电，所以不会看到风扇的电线。

这个时期CPU整个形态变化会比较大，发展速度比较快，使用多年的陶瓷顶盖要被淘汰了。

1997年-1999年

“S.E.C.C.”全称“Single Edge Contact Cartridge”，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。它不使用针脚，而是使用“金手指”触点，处理器使用这些触点来传递信号。S.E.C.C. 被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。S.E.C.C. 内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。（当时二级缓存并不集成在Die里面）

S.E.C.C.2 封装与 S.E.C.C. 封装相似，除了S.E.C.C.2 使用更少的保护性包装并且不含有导热镀层。

这段时期的大部分Pentium II、早期的Pentium III、Pentium II Xeon、Pentium III Xeon系列处理器使用的这种像游戏卡带的插座（Slot1/Slot2插槽），封装特殊的结构造就了一个非常特别的由芯片、其附属电路和散热器结合而成的处理器顶盖。包括AMD早期的K7处理器，也是相似的结构。

这是出于英特尔对垄断考虑，及集成电路制造工艺限制造成的。这种庞大且复杂的方式显然不能长久，当突破了技术的瓶颈，CPU的顶盖突然又走到了另一个极端：没有了。

Pentium III处理器由Katmai核心变成Coppermine核心的时候，Pentium III的样子发生了翻天覆地的变化，就好像是完全不同的新产品。除了重回插座（Socket 370插座），使用了FC-PGA封装，整个Die裸露在外，完全没有了顶盖。

这种结构很直接，一定程度上也有利于散热（参照近几年的开盖），但事实上很容易把Die压坏。同时随着晶体管密度更高，积热情况也更严重，如何更有效让积热散去成了另外一个问题。AMD很快也跟进了，在桌面级别处理器上使用类似方式的时间比英特尔还更长一些。

在这个时期处理器顶盖已经在设计上迎合了主动散热的需要。

2000年-2004年

英特尔在早期使用Socket 423插座，Willamette核心的Pentium 4处理器上做了一个大胆的尝试，采用了OOI封装。这种方式使用了反转芯片设计，其中Die朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热，同时开始使用了集成式散热器器 (IHS)。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。

由于IHS与Die之间有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量，所以显著地增加了热传导。

Pentium III处理器再一次成为了小白鼠，也造就了一代名作Tualatin（图拉丁）核心。Coppermine-T核心和Tualatin核心的Pentium III处理器上也相继使用了我们现在很熟悉的集成式散热器 (IHS)，包括使用Socket 478插座的Pentium 4处理器，都采用了这种被称为FC-PGA2的封装方式。

这种处理器顶盖的结构离我们现在的认知更近了一步。

2004年-2008年

这时期英特尔处理器转向了LGA 775插座，而处理器使用了PLGA封装，这是“Plastic Land Grid Array”的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

随着底座改成触点式，这时期处理器顶盖已经和我们现在的结构趋于一致了。

2009年至今

LGA 115X插座开始，处理器顶盖从外观上看，基本变化不大，结构也差不多，一直沿用至今。实际上细微的差别和变化是存在的。

例如处理器顶盖有采用圆角的（上图），也有直角的（下图），但更多的只是不同晶圆厂生产线或批次不同造成的。

现在新款处理器上的PCB板在不知不觉中变得越来越薄，如果没有放一起比较，大概很多人都不会发现，摆一起这种变化就很明显了。

前些年一直有讨论关于英特尔为何不再使用钎焊，事实上越来越小的芯片面积和越来越薄的电路板（PCB）是主要原因，会使得钎焊难度加大。

不过近两代的酷睿由于发热量增大，英特尔重新使用了钎焊工艺顶盖，以金属材料代替硅脂后，热传导的效率大大提升，有助于CPU更好、更稳定的性能表现。

资料参考和图片引用

CPU World

CPU-Zone

Mynikko

英特尔官网

Semantic Scholar

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