Seguro que alguna vez te has preguntado que es el pinout de procesadores, es decir, para qué sirven todos esos pines o contactos que tienen las CPUs, GPUs, etc. Aquí te explicamos para qué sirven, y por qué hay tantos, así como el motivo de que cada vez existan más y más, aumentando la complejidad del empaquetado y el socket.
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¿Qué es el pinout de un chip?
El pinout de un chip es la disposición y descripción de las funciones de cada uno de los pines (o terminales) de un circuito integrado, especificando cómo deben conectarse a otros componentes o para qué sirve cada uno de estos contactos. Cada pin puede tener un propósito específico, como alimentación, tierra, entrada/salida de datos o control.
Entiéndase que en el caso de ser chips como los DIP, PGA, etc., serán patillas o pines, mientras que en los LGA serán pads o contactos, en ambos casos pueden ir en sockets, y en los de tipo BGA serán bolas metálicas que se soldarán a la PCB.
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¿Para qué sirven los pines o contactos de una CPU?
Esto dependerá de cada diseño, por lo que el pinout es algo particular de cada producto. Por ejemplo, en esta imagen podemos ver el pinout de un socket AM4 de AMD. Todos los procesadores de AMD compatibles con este socket tendrán este mismo pinout. Como vemos, son cientos de contactos para usos muy diferentes.
Más ejemplos, pueden ser los siguientes:
Si te fijas, a pesar de su complejidad y número de contactos de los procesadores actuales, es fácil de entender para qué sirve cada uno de ellos, y también se puede entender el motivo por el que los nuevos chips cada vez tienen más y más de estos contactos.
Tipos de pines
Entre los pines que se suelen ver en una CPU, se pueden agrupar en varias categorías:
- Pines de alimentación: son esenciales para suministrar energía eléctrica a la CPU. No solo hay uno para GND y voltaje, sino que existen muchos, el motivo es que se lleva energía hasta distintas áreas del chip, para así proveer de energía los transistores de forma estable. Incluyen:
- Vcc/Vdd: pines que proporcionan el voltaje de alimentación necesario para el funcionamiento interno del procesador (por ejemplo, 1.2 V, 1.8 V).
- Vss o GND: pines de tierra (ground), que sirven como referencia eléctrica y completan el circuito.
- Pines de Entradas y Salidas de Datos (E/S o I/O): permiten la comunicación de datos entre la CPU y otros componentes del sistema, como la memoria, almacenamiento y periféricos. Esto dependerá de los buses que use cada CPU, pudiendo haber desde contactos bidireccionales para buses de datos, pasando por direcciones de memoria o periféricos, etc. No en todas las arquitecturas se separan datos y direcciones, u otras señales en buses diferentes. Así es como la CPU puede intercambiar información con el exterior. Como comprenderás, en función del ancho de bus, necesitará más o menos pines. Por ejemplo, un bus de 64-bit podría disponer de 64 pines, una por cada línea de bit. En otros casos podría estar codificado y usar menos pines para transmitir un número mayor de bits…
- Pines de señal de reloj (clk): proveen una señal periódica que sincroniza las operaciones internas y la comunicación externa de la CPU. Es decir, son las que marcan la frecuencia de reloj de funcionamiento. Al igual que ocurre con las de alimentación, tampoco hay una única señal de reloj, sino que hay muchas repartidas por diferentes puntos, ya que se distribuye a través de árboles de señal para llegar a todas partes por igual, sin retrasos.
- Pines de control: estos pines gestionan señales que gobiernan el flujo de datos y sincronizan diferentes partes del sistema:
- Chip Enable (CE): activa el uso de un chip específico, como puede ser los de memoria.
- Read/Write (R/W): indica si la CPU está leyendo o escribiendo datos.
- Interrupt Request (IRQ): solicitudes de interrupción generadas por dispositivos periféricos.
- Bus Request/Bus Grant: para gestionar prioridades en el acceso al bus.
- Pines de interfaces de alta velocidad: actualmente, además de los pines o contactos de datos E/S vistos anteriormente, también se han comenzado a integrar controladores de buses de alta velocidad para mejorar el rendimiento, como puede ser el PCIe. Estos también necesitarán sus pines para cada enlace o carril.
- Pines de señales especiales: por ejemplo, pueden ser de señal reset para indicar a la CPU que debe reiniciarse y establecer los registros a un estado inicial conocido. También pueden existir señales de referencia como Power Good o Pwrgood que sirve para comprobar que los niveles de voltaje son estables, así como pines específicos para debugging, como los JTAG.
Por qué los nuevos procesadores necesitan cada vez más contactos
Existen varios motivos por los que cada generación de procesadores necesitan cada vez más y más contactos. Entre los motivos destacados están:
- Aumento del ancho de banda: procesadores modernos requieren más pines de I/O para manejar mayores volúmenes de datos simultáneamente, como por ejemplo cuando se hace un cambio hacia una memoria RAM más ancha.
- Alimentación más compleja: los chips más avanzadas demandan mayor energía debido a su número creciente de transistores y frecuencias más altas. Múltiples pines de alimentación reducen el ruido y aseguran una distribución uniforme.
- Interfaces de alta velocidad: cada vez se suelen integrar más interfaces para mejorar el rendimiento (como PCIe 5.0/6.0 y USB4) requieren más pines especializados para soportar mayor cantidad de líneas de datos y frecuencias.
- Procesamiento multinúcleo: a medida que el número de núcleos aumenta, la comunicación entre núcleos, cachés y memoria externa requiere más contactos dedicados.
En otros casos, algunos chips pueden incluir también otros elementos en un SoC, como puede ser la iGPU, NPU, etc., y eso también podría necesitar más pines especializados…
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