芯片接口的选择

2022-05-30

电脑爱好者 2022年12期

在芯片从简单到复杂的发展过程中，接口也是越来越复杂的，早期的接口在现代设备上已经被彻底淘汰，我们就从当前电脑上还可以看到的最“原始”方式开始盘点吧。DIP（Dual In-line Package，双列直插封装）芯片的两侧有两排平行的金属引脚，其特点是简单、方便，可以焊接在印刷电路板电镀的贯穿孔中，也可以插入在DIP插座上，便于插拔（图1），相信很多朋友在学习基础的硬件知识、维修课程时就使用过这种芯片，一些早期显卡的显存也采用这种设计，能够自行升级。

DIP技术的芯片/封装面积比很小（图2），因此整体面积和厚度都比较大，引脚一般不超过100个，且可靠性较差，总之是不适合当今的高性能芯片。只在一些功能较少、不追求性能的芯片，比如存储BIOS信息的芯片上偶尔能看到。

QFP（Quad Flat Package，方块平面封装）可以看作是DIP的发展型，但它的芯片/ 封装比例更大，因此体积更小，且四边引脚设计的使其可用触点的数量更多，如今还有很多芯片采用这一模式（图3）。由于它的使用时间长、范围大，出现了很多不同的标准，例如BQFP（Quad Flat Packagewith Bumper）就是四角设置突起（缓冲垫）以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形（图4）、PQFP其实就是使用了塑料（Plastic）封装外壳，甚至还有根据厚度分为QFP（2.0mm～3.6mm）、LQFP（1.4mm）和TQFP（1.0mm）的。很多只有两侧引脚的小型芯片也是采用QFP封装（图5）而不是DIP封装，不使用四面引脚只是因为确实不需要很多引脚而已。

BGA（Ball Grid Array，球狀引脚栅格阵列）大概是当前电脑中最常见的封装接口模式了，从内存、显存颗粒到主板芯片、移动CPU（图6），高速、高集成度芯片大都采用这种接口。顾名思义，它的底部有很多球状触点。其优势是芯片/封装比特别好、可以做得很轻薄，其实还有一点很重要，就是极小的触点距离使其可以布置更多的连接点，与板卡的紧密贴合则大幅降低了引脚长度造成的信号延迟，这都天然适合现在的高速芯片。

它也有个比较麻烦的问题，就是触点与板卡其实是焊接在一起的，而且焊点位于芯片和主板间，不能直接看到，所以需要使用比较专业的设备才能拆装（图7），维修、升级都比较困难。

从上文可以看到，所谓的不同接口，其实主要对应着封装模式的改变。那么，在同种封装下，为什么又分出了那么多种数量与排布不同的接口呢？这就要从其用途说起了。以能力最全面，通常也是功耗最大的CPU为例，看看某个型号的针脚定义，会发现USB、内存、视频输出等，但最多的还是VSS、VDD、VCC等供电相关用途（图8），它就是很多芯片升级接口的第一动力。以AMD服务器CPU为例，在同样的封装模式（LGA）下，其接口的触点数量几乎是和功耗同步、成比例增加的（图9）。