Il processore – Anatomia di un PC

In questo nuovo articolo continuiamo questa serie  dal titolo “Anatomia di un PC” passando al componente successivo: il processore, ovvero la CPU.
Anche questa volta andremo per gradi in modo da dissolvere quella nube di mistero che aleggia intorno ad un componente che è tanto importante quanto fisicamente piccolo; cominciando direttamente dal nome, l’acronimo Inglese per Central Processing Unit che può essere tradotto in Italiano come Unità Centrale d’Elaborazione. Il compito di questi capolavori d’ingegneria è “banalmente” quello che avrebbe un cervello all’interno del corpo umano: fornire una piattaforma di comunicazione da e verso gli arti e gli organi, quindi sicuramente complesso ma che in moltissimi diamo per assodato e scontato.

Prima di impelagarci in tecnicismi ritengo sia doveroso parlare delle caratteristiche strettamente fisiche di un processore moderno, così da avere dei validi punti di riferimento per quanto verrà discusso nel corso di questo articolo di approfondimento. Abbiamo già stabilito che una CPU ha necessità di alloggiare all’interno di un socket compatibile e di comunicare con la scheda madre attraverso dei pin di contatto, ed è qui dove iniziano ad affiorare le differenze fra le storiche compagnie rivali Intel ed AMD:

  • Intel ha deciso di intraprendere la via del sistema LGA, acronimo di Land Grid Array, ove i pin sono presenti sul socket e non sul chip
  • AMD si attiene al sistema PGA, acronimo per Pin Grid Array in cui il socket serve ad alloggiare fisicamente i pin posti sul chip stesso
    • N.B. È inoltre possibile ricorrere al sistema BGA (Ball Grid Array) nel caso di processori saldati e non sostituibili
Al fine di rendere più immediata la distinzione fra i due metodi di interconnessione fra i circuiti e le schede di alloggiamento, vi invitiamo a far riferimento all’immagine sottostante. Spoiler alert: l’immagine principale raffigura una configurazione PGA.
Prendendo adesso in esame la parte superiore del chip avremo davanti il dissipatore di calore integrato, meglio conosciuto nell’ambito tecnico con il nome di IHS (Integrated Heat Spreader) il cui compito è di fornire una più ampia superficie utile a smaltire il calore generato dalla corrente elettrica necessaria al funzionamento del processore stesso o die, specialmente se confrontato con il chip in sé per sé; secondariamente sulla sua superficie sono serigrafati i dettagli in merito al produttore ed al chip stesso. È su questa superficie che andrà ad adagiarsi il dissipatore attivo, ma solo dopo aver applicato della pasta termoconduttiva fra l’IHS e la superficie di dissipazione del calore.

Vale la pena spendere un piccolo paragrafo in merito alle tecniche tramite le quali vengono assemblati in fabbrica i componenti della CPU:

  • Intel non applica saldature fra il die e l’IHS ma si avvale dalla serie Ivy Bridge (quindi iCore 3000) in poi della semplice tenuta di uno strato di silicone e pasta termica generalmente non di ottima qualità, dando il via alla creazione del processo noto agli addetti ai lavori di delid (scoperchiare) al fine di ottenere temperature più basse in fase operativa.
    • Il delid può essere completo se si rimuove in toto l’IHS oppure parziale semplicemente sostituendo la pasta termica già presente. Si tratta di un processo che potrebbe danneggiare irreversibilmente la CPU, per cui non ci assumiamo nessuna responsabilità.
  • AMD salda ogni componente allo scopo di garantire il miglior scambiamento di calore possibile e generalmente è più difficile effettuarne il delid.
Core i7 3930K cui è stato effettuato il delidding
Adesso che le parti visibili sono state esaminate con la necessaria attenzione, possiamo procedere ad addentrarci nelle viscere di quello che tranquillamente potrebbe definirsi il componente chiave; generalmente le moderne CPU ad utilizzo generalizzato si occupano di ricevere delle richieste, interpretarle e consequenzialmente creare dei dati in ritorno tramite l’utilizzo di appositi set di istruzioni: interfacciando il sistema nella sua interezza con sé stesso e l’utente attraverso i numerosi metodi di collegamento dei componenti complementari, elencati nell’articolo precedente riguardante la scheda madre; mettendo il tutto in termini semplici coincide con dove si trova il linguaggio macchina composto dai vari zero ed uno che verranno “tradotti” in testo ed immagini da parte del sistema operativo.
Riprendendo il concetto del die accennato qualche paragrafo fa, è dove sono contenuti i vari cores presenti nel sistema oltre ad ulteriori controller, la memoria cache ed eventualmente un adattatore grafico integrato: ma è meglio far riferimento all’immagine sottostante per avere un appoggio visivo.

Die shot di un Intel Core i5 2500K – Sandy Bridge

Particolare attenzione va prestata al blocco presente sulla destra denominato System Agent, ed in questa sezione alloggiano i transistor relativi alla gestione dati PCI Express e gestisce l’accesso al controller della memoria. Inoltre gestisce anche voltaggi e frequenze relative a tutte le componenti presenti nel diagramma soprastante con l’integrazione del già citato PCI Express e moduli DDR.
Nel corso degli anni i diversi produttori di semiconduttori hanno intrapreso disegni differenti per le proprie architetture, specialmente nel caso di processori specializzati oppure necessità particolarmente determinanti come ad esempio l’economia all’acquisto del celeberrimo Raspberry Pi, ma rischieremmo una digressione davvero ampia cui potrei dedicare un articolo in futuro 😀 fatemi sapere nei commenti se siete interessati!

Questo articolo tuttavia non è da intendersi come una guida dettagliata sul funzionamento della CPU, quanto sul concetto generale cui si rifanno le CPU per personal computer dell’ultimo decennio.

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