Certamente você já se perguntou o que é a pinagem dos processadoresou seja, para que servem todos aqueles pinos ou contatos que CPUs, GPUs, etc. Aqui explicamos para que servem e porque existem tantos, bem como porque existem cada vez mais, aumentando a complexidade da embalagem e do soquete.
Qual é a pinagem de um chip?
Ele pinagem de um chip é a disposição e descrição das funções de cada um dos pinos (ou terminais) de um circuito integrado, especificando como eles devem ser conectados a outros componentes ou para que serve cada um desses contatos. Cada pino pode ter uma finalidade específica, como alimentação, aterramento, entrada/saída de dados ou controle.
Entenda que no caso de chips como DIP, PGA, etc, serão pinos ou pinos, enquanto no LGA serão pads ou contatos, em ambos os casos podem ir em soquetes, e no tipo BGA serão serão bolas de metal que serão soldadas ao PCB.
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Para que servem os pinos ou contatos de uma CPU?
Isso vai depender de cada projeto, portanto a pinagem é algo particular de cada produto. Por exemplo, nesta imagem podemos ver a pinagem de um soquete AMD AM4. Todos os processadores AMD compatíveis com este soquete terão a mesma pinagem. Como vemos, existem centenas de contatos para usos muito diferentes.
Mais exemplos podem ser os seguintes:
Se você olhar, apesar de complexidade e número de contatos dos processadores atuais, é fácil entender para que serve cada um deles, e também é possível entender o motivo pelo qual os novos chips possuem cada vez mais desses contatos.
Tipos de pinos
Dentre os pinos normalmente vistos em uma CPU, eles podem ser agrupados em várias categorias:
- Pinos de alimentação: Eles são essenciais para fornecer energia elétrica à CPU. Não existe apenas um para GND e tensão, mas existem muitos, a razão é que a energia é transportada para diferentes áreas do chip, a fim de fornecer energia aos transistores de forma estável. Eles incluem:
- Vcc/Vdd– Pinos que fornecem a tensão de alimentação necessária para o funcionamento interno do processador (por exemplo, 1,2 V, 1,8 V).
- Vss ou GND: pinos de aterramento, que servem como referência elétrica e completam o circuito.
- Pinos de entrada e saída de dados (E/S ou E/S)– Permitir a comunicação de dados entre a CPU e outros componentes do sistema, como memória, armazenamento e periféricos. Isso dependerá dos barramentos utilizados por cada CPU, que podem variar desde contatos bidirecionais para barramentos de dados, passando por endereços de memória ou periféricos, etc. Nem todas as arquiteturas separam dados e endereços ou outros sinais em barramentos diferentes. É assim que a CPU pode trocar informações com o exterior. Como você entenderá, dependendo da largura do barramento, serão necessários mais ou menos pinos. Por exemplo, um barramento de 64 bits pode ter 64 pinos, um para cada linha de bits. Em outros casos poderia ser codificado e usar menos pinos para transmitir um número maior de bits…
- Pinos de sinal de relógio (clk): fornece um sinal periódico que sincroniza as operações internas e a comunicação externa da CPU. Ou seja, são eles que definem a frequência do clock operacional. Tal como acontece com os sinais de potência, não existe um único sinal de clock, mas sim vários distribuídos em diferentes pontos, uma vez que é distribuído através de árvores de sinais para chegar a todos os lugares igualmente, sem atrasos.
- Pinos de controle– Esses pinos gerenciam sinais que controlam o fluxo de dados e sincronizam diferentes partes do sistema:
- Habilitação de chip (CE): ativa o uso de um chip específico, como chips de memória.
- Leitura/gravação (R/W): indica se a CPU está lendo ou gravando dados.
- Solicitação de interrupção (IRQ)– Solicitações de interrupção geradas por dispositivos periféricos.
- Solicitação de ônibus/concessão de ônibus: para gerenciar prioridades no acesso aos ônibus.
- Pinos de interface de alta velocidade: Atualmente, além dos pinos ou contatos de dados de E/S vistos acima, controladores de barramento de alta velocidade também começaram a ser integrados para melhorar o desempenho, como o PCIe. Eles também precisarão de seus pinos para cada link ou pista.
- Pinos de Sinal Especiais: por exemplo, eles podem ser um sinal de reset para indicar à CPU que ela deve reiniciar e definir os registradores para um estado inicial conhecido. Também pode haver sinais de referência como Power Good ou Pwrgood que são usados para verificar se os níveis de tensão estão estáveis, bem como pinos específicos para depuração, como JTAG.
Por que os novos processadores precisam de cada vez mais contatos
Há vários motivos por que cada geração de processadores precisa de mais e mais contatos. Entre os motivos notáveis estão:
- Maior largura de banda– Os processadores modernos exigem mais pinos de E/S para lidar com volumes maiores de dados simultaneamente, como ao atualizar para uma RAM maior.
- Dieta mais complexa: Chips mais avançados exigem mais potência devido ao número crescente de transistores e frequências mais altas. Vários pinos de alimentação reduzem o ruído e garantem uma distribuição uniforme.
- Interfaces de alta velocidade: Cada vez mais interfaces estão sendo integradas para melhorar o desempenho (como PCIe 5.0/6.0 e USB4) e exigem pinos mais especializados para suportar um maior número de linhas e frequências de dados.
- Processamento multinúcleo: À medida que o número de núcleos aumenta, a comunicação entre núcleos, caches e memória externa requer contatos mais dedicados.
Em outros casos, alguns chips também podem incluir outros elementos em um SoC, como iGPU, NPU, etc., e isso também pode exigir pinos mais especializados…
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