南橋芯片與北橋芯片

什么是芯片組

芯片組(英語:Chipset)是一組共同工作的集成電路“芯片”,并作為一個產品銷售。它負責將計算機的微處理器和計算機的其他部分相連接,是決定主板級別的重要部件。以往,芯片組由多顆芯片組成,慢慢的簡化為兩顆芯片(北橋芯片和南橋芯片),現在則只有一顆南橋芯片

在計算機領域,“芯片組”術語通常是特指計算機主板上的南橋/北橋芯片。當討論基于x86處理器的個人電腦時,芯片組一詞通常指兩個主要的主板芯片組:北橋和南橋。

早年的主板芯片組制造商包括NVIDIA、VIA、SiS、ALi、ATI,但是自2008年以后,x86 PC/服務器芯片組制造商只剩下Intel、AMD。

2009年的LGA 1156 Intel Core i3/i5/i7處理器開始,Intel平臺也取消了北橋,將北橋的內置顯示核心、存儲器控制器、高速PCIe控制器都內置于CPU中,主板上僅剩PCH南橋

下圖為只有南橋的LGA 1155(Socket H2)主板
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科普時間 LGA 1156

LGA是CPU插座類型,有1156個針腳。LGA 1156?是英特爾公司于2009年推出的處理器插座,搭配Nehalem架構Intel Core i3、i5及i7,讀取速度比LGA 775高。LGA 1156和LGA 1366都是用來取代LGA 775。同時搭載該插座的主機板只剩下南橋晶片。
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南橋芯片與北橋芯片

芯片組南橋北橋芯片兩部分組成,它在很大程度上決定了電路板(PCB)的功能和性能。南橋主要負責低速的I/O,例如SATAUSBLAN北橋?負責較高速PCI-ERAM的讀取
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南橋芯片

南橋(英語:Southbridge)是基于個人電腦主板芯片組架構中的其中一枚芯片。南橋芯片是指離CPU比較遠的位于大多數PCI插槽附近的那個小的芯片,要是用來負責主板的輸入和輸出功能。南橋設計用來處理低速信號,通過北橋與中央處理器聯系。各芯片組廠商的南橋名稱都有所不同,例如英特爾稱之為I/O路徑控制器(ICH,IO Controller Hub)或平臺路徑控制器(PCH)。

南橋包含大多數周邊設備接口、多媒體控制器和通信接口功能。例如PCI/低速PCIe(如PCIe x1)控制器、ATA/SATA控制器、USB控制器、網絡控制器、音效控制器




科普時間 ICH and PCH

英特爾在第一代Core i7中把存儲器控制器集成到了CPU,北橋的功能只剩下連接高速設備(如顯卡),此時Intel的南橋稱為 IOH(IO Controller Hub)從LGA 1156、LGA 2011開始,Intel處理器集成了北橋(存儲器控制器、高速PCI Express控制器和Intel HD Graphics),主板上只剩下南橋,Intel將其稱為平臺路徑控制器(PCH)




科普時間 NVMe

FLASH閃存設備的接口規范。

NVM Express(NVMe),或稱非易失性內存主機控制器接口規范(英語:Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification,縮寫:NVMHCIS),是一個邏輯設備接口規范,即總線傳輸協議規范,用于訪問通過PCI Express(PCIe)總線附加的非易失性存儲器介質(例如采用閃存的固態硬盤驅動器SSD),雖然理論上不一定要求PCIe總線協議(SSD也可以接SATA串口)。

NVM代表非易失性存儲器(non-volatile memory)的首字母縮略字,這是固態硬盤(SSD)的常見的閃存形式。此規范主要是為基于閃存的存儲設備提供一個低延時、內部并發化的規范,也為現代CPU、電腦平臺及相關應用提供原生存儲并發化的支持,令主機硬件和軟件可以充分利用固態存儲設備的并行化存儲能力。相比此前機械硬盤驅動器(HDD)時代的AHCI,NVMe/NVMHCI降低了I/O操作等待時間、提升同一時間內的操作數、更大容量的操作隊列等。

依托于PCIe總線,NVMe設備可適用于各種支持PCIe總線的物理插槽上,包括標準尺寸的PCIe擴展卡(一般是4個PCIe通道)




南橋名稱的由來

這個名稱的由來,是由于繪制架構圖時所派生出來的稱呼,第一次被提到這名詞時是在1991年采用PCI Local Bus架構時。在Intel,PCI規格的創始者視PCI總線為整個PC平臺架構的正中央。北橋芯片將PCI總線主干延伸至北邊,以支持CPU、存儲器或緩存(Cache)、以及其他攸關性能的功能。反之,南橋芯片將PCI總線主干延伸至南邊,并橋接起比較非攸關性能的I/O功能,例如磁盤接口等、音效等。CPU位于架構圖的正北方,它透過較高速的北橋芯片鏈接北邊的系統設備,而北橋則透過較慢速的南橋芯片連接南邊的其他系統設備。雖然現今PC平臺架構已將PCI總線主干取代,換上更快的I/O主干,但“橋”的傳統名稱仍然延續使用。





北橋芯片

北橋(英語:Northbridge)是基于Intel處理器的個人電腦主板芯片組兩枚芯片中的一枚,北橋用來處理高速信號,例如中央處理器、存儲器、顯卡(PCI Express接口或AGP接口),還有與南橋之間的通信。

北橋芯片位置剛好跟南橋芯片位置相反,它是靠近CPU部分,被散熱片覆蓋的大的那塊芯片,主要功能是負責控制、連接和處理CPU與內存、與南橋通信。北橋芯片是主板的關鍵芯片,負責管理二級高速緩存,內存的類型和最大容量都由它決定,所以一般主板命名都是用北橋芯片的型號。

有一些北橋會集成內置顯示核心(如Intel GMA),也支持AGP或PCI Express接口。集成顯示核心的北橋若偵測到已安裝的PCIe/AGP顯卡,會停止其GPU功能,但有些北橋可以允許同時使用集成式顯卡和安裝外加顯卡,作為多顯示輸出。

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知識延伸




內存控制器 / 存儲器控制器

內存控制器(英語:Memory Controller)是一個用于管理與規劃從內存到CPU間傳輸速度的總線電路控制器,它可以是一個單獨的芯片,或集成到有關的大型芯片里;如CPU或北橋內置的內存控制器。





雙通道內存

雙通道內存控制器(Dual Channel),動態隨機存取存儲器(DRAM)分別連接兩個不同的總線(Bus),讓兩個內存控制器并行訪問它們,這總線理論帶寬提高一倍。





雙通道

雙通道(英語:Dual-channel)是一種能夠讓電腦性能增加的技術,此種技術將多個存儲器由串聯方式改良為并聯方式,以得到更大的帶寬。

使用單通道技術時,主板上多條存儲器是以串聯方式運作,也就是僅是當作一條存儲器運作,只是容量會相加。存儲器總線寬度為64-bit,無論安裝幾條存儲器,總線寬度都固定為64-bit。

雙通道便是利用并聯方式運作,當連接兩條存儲器時,總線寬度將會達到128-bit,也就是開雙通道后,存儲器帶寬可以增至兩倍,性能也會增加。

理論上,雙通道能將存儲器的性能提升兩倍;對系統整體性能來說,打開雙通道帶來的性能提升約為2至3%,最好的情況是提升約5%。在實際使用上,若非長時間的極大數據運算或透過測試軟件獲取測試信息,對于用戶的操作上并沒有太大的差異。

如果是純粹的CPU運算,使用雙通道的性能增長不大。但對于高端游戲玩家或是繪圖需求較大的用戶而言,雙通道技術不吝為一大幫助,因為這類軟件需要很大的存儲器帶寬。所以在使用雙通道時,雙倍的存儲器帶寬可使芯片組/CPU內置的繪圖核心的性能增長至兩倍。

條件及安裝
打開雙通道模式必須要主板的北橋芯片支持,而且最好使用兩條規格(容量、時脈、延遲、顆粒、品牌、周期)相同的存儲器。NVIDIA的nForce 2支持使用兩條不同規格之存儲器運作,規定比較不嚴苛,但是未能肯定穩定度是否足夠,當前某些芯片組支持使用兩條不同容量的內存條組成非對稱性雙通道,性能亦有提升,穩定性也經過測試。

存儲器安裝的方式也是關鍵,并非有支持雙通道的主板上安裝兩條存儲器就能運作,還需要正確的安裝;像是nForce 2的設計有四條存儲器插槽,依序為1、2、3、4,而必須要安裝1、3或是2、4才能使用雙通道,若僅安裝1、2就會打開單通道模式。各款芯片組設置方式不一,各家主板也可能不同,因此必須要參考使用說明書以正確方式安裝。如果安裝成功并正常運作,引導時BIOS便會顯示“Dual Channel Mode Enable”或類似消息,表示正確激活雙通道。





平臺路徑控制器PCH

近年的處理器頻率不斷上升,但前端總線(FSB,即處理器連接北橋的通道)帶寬一直沒有改變而遇到了瓶頸。PCH的設計即是設計來解決這個問題。

它重新分配各項I/O功能,把內存控制器核芯顯卡高速PCI-E控制器整合進處理器,PCH負責原來南橋的一些功能。

Intel CPU可以直接存取RAM和高速PCIe(如顯卡)以及經過DMI連接PCH。

PCH則連接其他I/O設備,例如:音效、SATA、USB、NVMe和LAN。其中,SATA用來連接硬盤和光驅。


8700K的16條是直通CPU的,給圖形卡使用主板PCH芯片提供24條擴展給USB、SATA、網卡、聲卡等,由DMI 3.0連通到CPU,不過帶寬只有PCI-E 4x

PCH是什么:在PCH出現之前,主板通常有兩塊主要的芯片組——南橋和北橋。南橋主要負責低速的I/O,例如SATA和LAN;北橋負責較高速的PCI-E和RAM的讀取。現在,處理器的速度不斷上升,但FSB的帶寬則不變,即處理器與北橋的連接。PCH的設計就是用來解決此瓶頸問題。

以上是基于X86架構,基于ARM架構的如下:

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飛騰2500+ ,CPU出來的為PCIEX16lane,通過橋片出來 64lane。64lane共享FT2500和PCIE橋片的16Lane帶寬

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