Analisar as CPUs pode ser complexo. Antes de chegarmos aos testes de desempenho, é preciso entender uma série de termos como silício, *die*, encapsulamento, IHS e sTIM. Essa terminologia, muitas vezes, não é explicada de forma clara. Vamos explorar os principais componentes de uma CPU que os entusiastas de PC mais discutem.
Este guia serve como uma introdução à terminologia básica para aqueles que estão começando a se aprofundar no mundo das CPUs, e não como uma análise técnica detalhada.
O Silício como Ponto de Partida
A Intel, há mais de uma década, compartilhou como seus processadores são fabricados, desde a matéria-prima até o produto final. Usaremos este processo como base para examinar o principal componente de uma CPU: o *die*.
Inicialmente, o silício é essencial. Este elemento químico é o componente mais comum da areia. A Intel começa com um lingote de silício, que é então cortado em discos finos, conhecidos como *wafers*.
Os *wafers* são polidos até obter uma superfície lisa e espelhada, onde a transformação da matéria-prima em um componente eletrônico se inicia.
As pastilhas de silício recebem um tratamento fotoresistente. Em seguida, são expostas à luz UV, gravadas e recebem uma nova camada de fotoresistência. Posteriormente, são imersas em íons de cobre e polidas. Camadas de metal são adicionadas para conectar os inúmeros transistores existentes no *wafer*. (Como mencionado, abordaremos apenas o básico aqui).
Chegamos ao ponto crucial: o *wafer* é testado para verificar sua funcionalidade. Se aprovado, é cortado em pequenos retângulos, chamados *dies*. Cada *die* pode conter vários núcleos de processamento, além de *cache* e outros componentes de uma CPU. Após o corte, os *dies* são testados novamente. Aqueles que passam nos testes são encaminhados para as prateleiras das lojas.
*Die* de silício de um processador Intel Core de 10ª geração.
Em essência, um *die* é um pequeno fragmento de silício, repleto de transistores, que funciona como o coração de qualquer processador. As demais partes físicas auxiliam este componente a desempenhar suas funções.
Curiosamente, dependendo do processador, uma CPU pode conter um ou múltiplos *dies* de silício. Em um *die* único, todos os componentes do processador, como núcleos e *cache*, estão integrados no mesmo fragmento de silício. Em CPUs com múltiplos *dies*, existem conexões entre eles.
Não existe uma forma simples de determinar se uma CPU possui um ou múltiplos *dies*. Essa decisão cabe ao fabricante.
A Intel é conhecida por usar um único *die* em seus processadores para o consumidor, o chamado design monolítico. A vantagem deste design é um melhor desempenho, já que todos os componentes estão no mesmo *die*, diminuindo a latência na comunicação.
Entretanto, é mais desafiador realizar avanços quando se precisa integrar transistores cada vez menores no mesmo tamanho de silício. Também é mais difícil produzir *dies* únicos que funcionem corretamente com todos os núcleos ativados, especialmente quando se trata de oito ou dez núcleos.
Layout de um processador AMD Threadripper usando múltiplos CCXs.
A AMD adota uma abordagem diferente. Embora produza alguns processadores monolíticos, a linha de desktops Ryzen 3000 utiliza *chiplets* de silício menores, cada um com quatro núcleos. Estes *chiplets* são chamados de Complexo Central ou CCX. Eles são agrupados para formar um *Core Complex Die* (CCD) maior. Este CCD é considerado um *die* na terminologia da AMD. Portanto, múltiplos *chiplets* menores de silício são conectados para criar uma CPU funcional.
Os processadores AMD também possuem um *die* de silício separado dos CCDs, chamado *die* de E/S. Não abordaremos detalhes sobre isso aqui, mas é possível encontrar mais informações neste artigo da TechPowerUp de junho de 2019.
Dada a complexidade da criação de *dies* de silício funcionais, é evidentemente mais fácil produzir uma unidade menor de quatro núcleos, em vez de um único *die* com dez núcleos.
O Encapsulamento da CPU
Após a finalização do *die*, ele precisa de auxílio para se comunicar com o resto do sistema do computador. Isso geralmente começa com uma pequena placa verde, conhecida como substrato.
Na parte inferior de uma CPU, encontram-se contatos dourados (ou pinos, dependendo do fabricante). Esses contatos ou pinos encaixam-se no *socket* da placa-mãe, permitindo que a CPU se comunique com o restante do sistema.
Voltando ao processador, ainda não mencionamos o *die* de silício. Aqui, o componente principal é o material de interface térmica, ou TIM. O TIM melhora a condutividade térmica (essencial para o resfriamento da CPU). Geralmente, ele é apresentado de duas formas: pasta térmica ou sTIM (material de interface térmica soldado).
O material TIM pode variar entre gerações de CPU do mesmo fabricante. A menos que se acompanhe notícias sobre CPUs ou se realize o *delid* (abertura) de um processador, é difícil saber qual material foi utilizado em uma CPU específica. Por exemplo, a Intel usou pasta térmica de 2012 a 2018, mas depois começou a utilizar sTIM em seus processadores Core de nona geração de ponta.
Em resumo, as peças que compõem o encapsulamento são o *die*, o substrato e o TIM.
Representação de uma CPU AMD Ryzen. O nome da marca está impresso no IHS.
Finalmente, no topo do encapsulamento, existe um dissipador de calor integrado, ou IHS. O IHS distribui o calor da CPU em uma área de superfície maior, auxiliando na redução da temperatura do processador. A ventoinha da CPU ou o sistema de resfriamento líquido dissipam o calor acumulado no IHS. Geralmente, o IHS é feito de cobre niquelado. O nome da CPU é impresso nele, como mostrado acima.
Concluímos nosso percurso pela CPU. Para resumir, o *die* é o pedaço de silício que contém os núcleos do processador, *caches*, etc. O encapsulamento inclui o *die*, o PCB e o TIM. E, finalmente, temos também o IHS.
Há muito mais detalhes além disso, mas estes são os fundamentos nos quais as notícias e análises sobre CPUs costumam se concentrar.