Чипсет

Опубликовано ноября 29, 2010 в Компоненты ПК, Чипсеты

Слово «чипсет» (chipset) в буквальном переводе означает «набор микросхем». Чипсет, который также называют набором системной логики, — это одна или чаще две микросхемы (чипы), предназначенные для организации взаимодействия меж­ду процессором, памятью, портами ввода-вывода и остальными компонентами компьютера.

На заре развития компьютерной техники для организации взаимо­действия между отдельными элементами ПК использовались десятки отдельных микросхем, что было крайне неудобно. И только с появлением процессора i486 отдельные микросхемы стали объединять в одну-две большие микросхемы, которые и получили название чипсета.

Чипсет

Чипсет: северный и южный мост

 

С появлением шины PCI отдельные микросхемы чипсета стали называть мостами. Так появились устоявшиеся термины северный мост (North Bridge) и южный мост (South Bridge) чипсета. Северный мост соединяется непосредственно с процессором, а южный мост — с северным.

В некоторых случаях производители объединяют северный и южный мосты в одну микросхему. Если чипсет — это всего одна микросхема, то такое решение называют одночиповым, а если две — двухмостовой схемой.

Северный мост чипсета традиционно содержит контроллер памяти, контроллер графической шины (AGP или PCI Express х16), интерфейс взаимодействия с юж­ным мостом и интерфейс взаимодействия с процессором. В некоторых случаях северный мост чипсета может содержать дополнительные линии PCI Express xl для организации взаимодействия с картами расширения, имеющими соответ­ствующий интерфейс.

На южный мост чипсета возлагается функция организации взаимодействия с устройствами ввода-вывода. Южный мост содержит контроллеры жестких дисков (SATA и/или PAT А), USB-контроллер, сетевой контроллер (только МАС-уровень), контроллер шин PCI и PCI Express, контроллер прерывания и DMA-контроллер. Кроме того, в южный мост обычно встраивается звуковой контроллер (в этом слу­чае еще необходима внешняя к чипсету микросхема кодека). Также южный мост соединяется еще с двумя важными микросхемами на материнской плате: микро­схемой ROM-памяти BIOS и микросхемой Super I/O, отвечающей за последова­тельные и параллельные порты и дисковод.

Чипсет: соединение мостов

Для соединения северного и южного мостов друг с другом используется специаль­ная выделенная шина, причем разные производители применяют для этого разные шины (с различной пропускной способностью):

1. Intel — QPI (QuickPath Interconnect), DMI (Direct Media Interface);

2. AMD (унаследовала от ATI) — HyperTransport, PCI Express;

3. NVIDIA — HyperTransport;

4. SiS (Silicon Integrated Systems) — MuTIOL;

5. VIA — V-Link.

Двухмостовая схема построения чипсетов успешно работала в течение многих лет, однако сегодня она постепенно уходит в прошлое. Первым исключением из пра­вила стали процессоры с архитектурой AMD 64, где контроллер памяти размещен не в системной логике, а непосредственно на кристалле процессора, а в 2009 году тот же принцип был воплощен и в новых процессорах Intel Core i7. Это существен­но облегчило жизнь как проектировщикам чипсетов, так и пользователям: при двухмостовой архитектуре новые чипсеты приходилось выпускать гораздо чаще, совершенствуя то северный, то южный мост. В итоге в 2007—2008 годах на рынке чипсетов творилось настоящее столпотворение, ибо только одна Intel была пред­ставлена почти десятком моделей. Сегодня же ассортимент чипсетов значительно сократился.

Внимание

Как правило, название чипсета совпадает с названием северного моста, хотя правильнее указывать именно совокупность северного и южного мостов. Дело в том, что во многих случаях один и тот же северный мост чипсета может сочетаться с различными вариантами южных мостов.

Чипсет является основой любой материнской платы. Фактически функциональ­ность материнской платы и ее производительность на 90 % определяются именно чипсетом. От него зависят поддерживаемый тип процессора, тип памяти, а также функциональные возможности по подключению периферийных устройств.

До недавнего времени на рынке чипсетов было около шести сильных игроков, однако за последние два года их количество сократилось до трех. Более того, в 2009 го­ду стало известно, что компания NVIDIA фактически приняла решение уйти с рынка десктопных чипсетов, сосредоточившись на мобильных платформах. Во всяком случае, решения для новых процессоров AMD и Intel в ее планах пока отсутствуют.

Схожую позицию заняли компании SiS и VIA, активно работавшие в бюджетном сегменте. В 2009 году и та и другая предложили бюджетные чипсеты для процес­соров Core 2 Duo.

Архитектура топового чипсета RV770

Основную вычислительную нагрузку в этом чипсете выполняют 10 SIMD- ядер (можно провести аналогию с ТРС в процессорах NVIDIA). Каждое из ядер, в свою очередь, состоит из 16 суперскалярных потоковых процессоров, в состав которых входят по пять 32-разрядных логических модулей. Таким образом, общее количество вычислительных блоков, которое любят приводить в маркетинговых материалах, составляет ровно 800, что в 2,5 раза больше, чем в процессоре RV670.

Что примечательно, эти же блоки используются для 64-разрядных вычислений. В этом проявилась изобретательность разработчиков AMD/ATI. Они, в отличие от NVIDIA, сделали блоки универсальными, тем самым сохранив относительно простую структуру своего продукта, но при этом существенно нарастив функцио­нальность.

Сруктура SIMD-ядра

На входе данные распределяются потоковым диспетчером и попадают в вычисли­тельные блоки, которых в одном модуле, как мы уже упоминали, 16. Каждый такой блок имеет 16 Кбайт собственной памяти.

Существенно переработаны блоки TMU. Во-первых, они привязаны к SIMD так же, как у NVIDIA. Во-вторых, немного упрощена их структура и по­вышена частота их работы. В-третьих, по сравнению с RV670 удвоена полоса про­пускания к текстурному кэшу с возможностью выборки до 160 текстур за такт.

Наряду с TMU подверглись существенной ревизии и блоки ROP. Их производи­тельность удвоена по сравнению с предыдущим поколением чипов, хотя количе­ство блоков осталось тем же. Изменения достигнуты за счет пересмотра архитек­туры, что дает превосходные результаты в режиме MSAA.

Невероятно, но факт: разработчики отказались от применяемой ранее кольцевой структуры шины памяти в пользу более традиционной с центральным хабом. Как видно на схеме, контроллеры памяти расположены по краям чипа. Задача хаба — распределять потоки данных между генерирующими трафик блока­ми. Кроме того, он служит связующим звеном с шиной PCI Express 2.0, CrossFireX, UVD2 и контроллерами вывода.

Новые чипы поддерживают память GDDR5, работающую на эффективной часто­те 3,6-4 ГГц. В свою очередь, это позволяет добиться высоких скоростей передачи данных даже на 256-битной шине (до 120 Гбайт/с).

Подтвердив еще раз постулат, что самые эффективные решения должны быть простыми, AMD/ATI выпустила на рынок очень сильный продукт как по себестои­мости, так и по производительности, который конкурирует с изделиями NVIDIA во всех сегментах.

Чипы RV730 и RV710 базируются на этих же принципах и отличаются лишь ко­личеством блоков и, соответственно, меньшей производительностью.

За работой всех систем следит PowerPlay — технология, которая пришла из сферы мобильных компьютеров. Она следит за загруженностью всех компонентов системы и управляет ключевыми параметрами, такими как частоты работы, напряжения, обо­роты вентилятора. Все это призвано улучшить показатели энергоэффективности.

0