ערכת שבבים צפון לעומת ערכת שבבים דרום - הבדלים בין השניים

ערכת שבבים צפונית לעומת ערכת שבבים דרומית: כיצד נוכל לזהות אותם? הרעיון של ערכת השבבים הפך לחשוב למדי עם השנים, במיוחד כשמדובר בציוד גיימינג. היצרנים משיקים את המעבדים החדשים שלהם ולעיתים קרובות מגיעים יד ביד עם ערכות שבבים ובקרי זיכרון חדשים. אם אתה עדיין לא יודע על מה אנחנו מדברים, במאמר זה ננקה את כל הספקות לגבי מושגים אלה, ונעמיק במאפיין העיקרי של לוח אם: ערכת השבבים.

מהי ערכת שבבים ומה חשיבותה

המונח ערכת שבבים מתייחס לקבוצת שבבים או למעגל משולב, המסוגל לבצע מספר פונקציות. במונחי מחשב פונקציות אלה קשורות לניהול מכשירים שונים המחוברים ללוח האם ולתקשורת ביניהם.

ערכת השבבים תוכננה תמיד על בסיס הארכיטקטורה של המעבד המרכזי, מעבד המחשב. זו הסיבה שבכל פעם שאנחנו מדברים על ערכת השבבים עלינו לדבר גם על המעבדים התואמים אותה ועל האפשרויות שהיא מציעה לנו מבחינת הקיבולת והמהירות. לכן ערכת השבבים היא בקרת התקשורת והשבב או השבבים שאחראים על בקרת תנועת הנתונים בלוח האם. אנו מדברים על מעבד, זיכרון RAM, כוננים קשיחים, חריצי PCIe ובסופו של דבר על כל המכשירים שניתן לחבר למחשב.

נכון לעכשיו אנו מוצאים שני ערכות שבבים על לוח, או ליתר דיוק, על הלוח והמעבד, הגשר צפון או צפון, והגשר הדרומי או הדרומי. הסיבה לקרוא להם כך נעוצה במיקומם על הלוח, הראשון בראש הקרוב ביותר למעבד (צפון) והשני למטה (דרום). בזכות ערכת השבבים אנו יכולים לראות בלוח האם האוטובוס הראשי של המערכת. הציר המסוגל לחבר בין אלמנטים מיצרנים שונים ואופי שונה באופן משולב וללא אי התאמה ביניהם. לדוגמה, לוח Asus, עם מעבד אינטל וכרטיס גרפי של ג'יגה-בייט.

מאז הופעתם של המעבדים האלקטרוניים הראשונים מבוססי טרנזיסטור, 4004, 8008 וכו ', הופיע מושג ערכת השבבים. עם כניסתם של מחשבים אישיים, הפך השימוש בשבבים נוספים על לוח האם לניהול זיכרון RAM, גרפיקה, מערכת סאונד וכו '. תפקידה היה ברור, זה של הפחתת עומס העבודה של המעבד הראשי, נגזרתו במעגלים אחרים שבתורם התחברו אליו.

גשר צפון: פונקציות ותכונות

אינטל G35 צפון גשר

נראה את ערכת השבבים הצפונית לעומת ערכת השבבים הדרומית המגדירה מה הם ואיך כל אחד עובד. נתחיל בחשוב ביותר, שהוא הגשר הצפוני.

ערכת השבבים הצפונית היא המעגל החשוב ביותר אחרי המעבד עצמו. בעבר הוא היה ממוקם על לוח האם וממש מתחתיו, באמצעות שבב כמעט תמיד מצויד בכיור קירור. כיום, גשר הצפון משולב ישירות במעבדים הן של אינטל והן של AMD, היצרניות המובילות של מחשבים אישיים.

תפקידה של ערכת השבבים הזו היא לשלוט על כל זרימת הנתונים המועברת אל המעבד או מה- RAM ל- RAM, אוטובוס ה- AGP (לפני) או PCIe (עכשיו) מכרטיס הגרפי, וגם זה של ערכת השבבים הדרומית עצמה. זו הסיבה שזה נקרא גם MCH (רכז בקר בקר זיכרון) או GMCH (גרפי MCH), מכיוון שלמערכות השבבים הצפוניות רבות היו גם גרפיקה משולבת. אז המשימה שלה היא לשלוט על פעולת אוטובוס המעבד או FSB (אוטובוס בצד הקדמי) ולבצע חלוקת נתונים בין האלמנטים שהוזכרו לעיל. נכון לעכשיו כל האלמנטים הללו מוטמעים בסיליקון בודד בתוך ה- CPU, אך לא תמיד זה היה המקרה.

התפתחות גשר הצפון

ארכיטקטורה פנימית של גשר הצפון משולבת ב- AMD Ryzen 3000

בתחילה, גם לוחות AMD וגם אינטל ואפילו יצרנים אחרים כמו יבמ היו ממוקמים פיזית על הלוח. מול הצורך ביצירת מעגלים משולבים אשר יתפסו מעט מקום ויפחיתו את מספר המשימות עבור המעבדים, הדרך היחידה הייתה להפריד אותם ולחבר את המעבד אליו דרך ה- FSB.

המורכבות שלו הייתה כמעט ברמה של המעבדים, כך שהם גם ייצרו חום ונזקקו לכבלי קירור. כמו כן, זו הייתה הדרך היחידה להרגיע את המערכת. במקום לגדל את מכפיל ה- CPU, מה שנעשה היה לגדל את מכפיל ה- FSB, שהיום יהיה שעון ה- BCLK או שעון האוטובוס. הודות לכך, בסופו של דבר האוטובוס עבר מ -400 מגה-הרץ ל -800 מגה-הרץ, וגרם גם לתדירות ה- CPU וה- RAM לעלות.

הסיבה העיקרית לכך שיצרני המעבדים העיקריים החלו לשלב את ערכת השבבים הזו במעבדי המעבדה שלהם הייתה בגלל השהיה שהיא הציגה. עם מעבדים שכבר עברו תדר של 2 גיגה הרץ, החביון בין זיכרון RAM ל- RAM החל להיות בעיה וצוואר בקבוק משמעותיים. שמירת הפונקציות הללו על שבב נפרד החלה להיות חסרון.

אינטל החלה להשתמש בערכת שבבים צפונית המובנית במעבד מארכיטקטורת Sandy Bridge בשנת 2011 ושינוי שמות המעבדים שלה ל- Intel Core ix. למעבדי Nehalem כמו Intel Core 2 Duo ו- Quad עדיין היה גשר צפוני נפרד מהם.

ואם נדבר על AMD, היצרן התחיל להשתמש בפתרון זה ממעבדי Athlon 64 הראשונים כבר בשנת 2003 עם טכנולוגיית HyperTransport לחיבור הגשר הצפוני והדרומי שלו. יצרן שהקים את ארכיטקטורת x86 עם 64 סיביות וזה יוסיף בקר זיכרון למעבד שלו הרבה לפני יריבותיו.

גשר דרום: פונקציות ותכונות

AMD X570

האלמנט הבא בהשוואה בין ערכת השבבים הצפונית לעומת ערכת השבבים הדרומית יהיה הגשר הדרומי או נקרא גם ICH (רכזת בקרת קלט) במקרה של אינטל ו- FCH (היתוך רכזת בקר) במקרה של AMD.

נוכל לומר אז שהגשר הדרומי הוא השבב החשוב ביותר שנמצא על לוח האם מאז שהועבר הגשר הצפוני למעבד. זה ההבדל הראשון שלו, מכיוון שכרגע הוא עדיין מותקן עליו ולמעשה באותה תנוחה מאז הקמתו. מערך אלקטרוני זה אחראי על תיאום התקני הכניסה והפלט השונים שניתן לחבר למחשב.

אנו מבינים בהתקני פלט קלט את כל מה שנחשב למהירות נמוכה לעומת אוטובוס זיכרון ה- RAM. אנו מדברים למשל על יציאות USB, יציאות SATA, רשת או כרטיס קול, השעון ואפילו ניהול צריכת החשמל APM ו- ACPI שמנוהל גם על ידי ה- BIOS. ישנם חיבורים רבים לשבב זה, וגם האוטובוס PCIe 3.0 או 4.0 מצטרף אליו, תלוי בייצור ה- CPU.

ערכות השבבים רכשו עוצמה רבה כרגע, עם מהירויות העולות על 1.5 ג'יגה הרץ, והן זקוקות למערכות קירור אקטיביות כמו במקרה של הדור החדש AMD X570. החזקים ביותר כמו AMD הנ"ל ו- Intel Z390, הם בעלי עד 24 נתיבי PCIe בהם ניתן לחלק את החיבורים השונים של ציוד היקפי מהיר כגון SSDs M.2 וחריצי PCIe אחרים הממוקמים באזור ההרחבה של הלוח.

שבב זה קיים מאז תחילת 1991 בשנת הרעיון של ארכיטקטורת האוטובוסים המקומית. בתוכו, אוטובוס PCI היה מיוצג במרכז התרשים, ואילו כלפי מעלה היה לנו את הגשר הצפוני, ומורד הגשר הדרומי, האחראי על המכשירים "האיטיים" יותר.

השבבים הדרומיים הנוכחיים וחשיבותו

ערכת השבבים לא רק מנהלת את התקני הקלט / הפלט בלוח, אלא גם ממלאת תפקיד חשוב מאוד בתאימות למעבד. למעשה, ברוב המקרים ערכות שבבים מופיעות יחד עם מעבדים חדשים המשוחררים לשוק, ומשויכים לארכיטקטורה שלהם.

זה לא תמיד המקרה, שכן גם ל- AMD וגם לאינטל יש ערכות שבבים התואמות לדורות שונים של מעבדים, אם כי בהתאם למקרה, פונקציות מסוימות יהיו זמינות או לא. לדוגמה, ערכת השבבים AMD X570 תומכת ב- PCIe 4.0 יחד עם AMD Ryzen 3000 החדש. אבל אם נשים את Ryzen 2000 על לוח, שהוא גם תואם, האוטובוס יהפוך ל- PCIe 3.0. אותו דבר יקרה עם מהירות ה- RAM ופרופילי JEDEC המפעלים שלו. תאימות זו תלויה במידה רבה ב- BIOS ובקושחה שלה, מכיוון שהיא בסופו של דבר אחראית לניהול הפרמטרים הבסיסיים של האלמנטים השונים בלוח.

ערכות שבבים אינטל נוכחיות

ערכת שבבים	MultiGPU	אוטובוס	נתיבי PCIe	מידע
עבור שקע מעבדי Intel Core מהדור השמיני וה -9 LGA 1151
B360	לא	DMI 3.0 עד 7.9 GB / s	12x 3.0	ערכת שבבים נוכחית לטווח הבינוני. אינו תומך בשעון יתר אך תומך עד 4x USB 3.1 gen2 4x
Z390	CrossFireX ו- SLI	DMI 3.0 עד 7.9 GB / s	24x 3.0	נכון לעכשיו ערכת השבבים החזקה של אינטל, המשמשת למשחקים ולגמישות יתר. מספר גדול של נתיבי PCIe התומכים ב- +6 USB 3.1 Gen2 ו- +3 M.2 PCIe 3.0
HM370	לא (ערכת שבבים למחשבים ניידים)	DMI 3.0 עד 7.9 GB / s	16x 3.0	ערכת השבבים המשמשת כיום ביותר במחברת המשחקים. יש את גרסת ה- QM370 עם 20 נתיבי PCIe, אם כי משתמשים בה מעט.
עבור מעבדי Intel Core X ו- XE בשקע LGA 2066
X299	CrossFireX ו- SLI	DMI 3.0 עד 7.9 GB / s	24x 3.0	ערכת השבבים משמשת למעבדי הטווח הנלהבים של אינטל

ערכות שבבים AMD נוכחיות

ערכת שבבים	MultiGPU	אוטובוס	נתיבי PCIe יעילים	מידע
למעבדי AMD Ryzen ו- Athlon מהדור הראשון והשני בשקע AMD
A320	לא	PCIe 3.0	4x PCI 3.0	זוהי ערכת השבבים הבסיסית ביותר בטווח, המיועדת לציוד ברמת הכניסה עם ה- Athlon APU. תומך ב- USB 3.1 Gen2 אך לא ב- Overlocking
B450	CrossFireX	PCIe 3.0	6x PCI 3.0	ערכת השבבים הבינונית עבור AMD, התומכת ב- Overklock וגם ב- Ryzen 3000 החדשה
X470	CrossFireX ו- SLI	PCIe 3.0	8x PCI 3.0	המשמש ביותר לציוד משחקים עד הגעתו של ה- X570. הלוחות שלה הם במחיר טוב ותומכים גם ב- Ryzen 3000
עבור מעבדי ג'נרל שני AMD Athlon ומעבדי Gen Ryzen השני והשלישי בשקע AM4
X570	CrossFireX ו- SLI	PCIe 4.0 x4	16x PCI 4.0	רק אילן Ryzen הראשון לא נכלל. זוהי ערכת השבבים החזקה ביותר של AMD התומכת כיום ב- PCI 4.0.
למעבדי Threadripper AMD עם שקע TR4
X399	CrossFireX ו- SLI	PCIe 3.0 x4	4x PCI 3.0	ערכת השבבים היחידה הזמינה עבור Threadrippers AMD. נתיבי ה- PCI המעטים שלה מפתיעים מכיוון שכל המשקל נשא על ידי ה- CPU.

סיכום ההבדלים בערכת השבבים הצפונית לעומת ערכת השבבים הדרומית

בדרך של סינתזה, אנו הולכים לפרט את כל הפונקציות של שני ערכות השבבים כדי להבהיר עוד יותר למה כל אחד מוקדש.

AMD Ryzen 3000 - X570 אדריכלות

פונקציות זרם שבבים צפון

עם חלוף הזמן, הפונקציות של ערכת השבבים הצפונית לעומת ערכת השבבים הדרומית גדלו בצורה די מפתיעה. בעוד שהגרסאות הראשונות המשולבות במעבדים עוסקות רק בשליטה על אוטובוס זיכרון ה- RAM, כעת הן הרחיבו את אפשרויותיהן עם הגעתו של אוטובוס PCI-Express. בואו נראה מהם כולם:

• בקר זיכרון ואוטובוס פנימי: אלה עדיין הפונקציות העיקריות. ל- AMD יש לנו את האוטובוס Infinity Fabric ועבור אינטל יש לנו את האוטובוס Ring and Mesh. אוטובוס של 64 סיביות המסוגל לפנות עד 128 ג'יגה-בתים של זיכרון RAM בערוץ כפול או תלת-ממד (שרשראות של 128 או 256 ביט במקביל) עם עד 5100 מגה-הרץ במקרה של AMD Ryzen 3000 החדש. תקשורת בין מעבד לגשר דרום: כמובן שיש לנו את אוטובוס התקשורת בין המעבד לגשר הדרומי שראינו. במקרה של אינטל, היא נקראת DMI והיא נמצאת בגרסה 3.0 שלה עם מהירויות העברה של 7.9 ג'יגה-בתים / שניות. עבור AMD, השתמש ב -4 נתיבי PCIe 4.0 במעבדים החדשים שלה, והגיע גם ל 7.9 ג'יגה-בתים / שניות. חלק מנתיבי ה- PCIe: למעבדים הנוכחיים, או ליתר דיוק הגשרים הצפוניים, יש אפשרות לנתב נתונים ישירות מחריצי ה- PCIe. הקיבולת נמדדת בנתיבים ויכולה להכיל בין 8 ל 48 חוטופים. אלה נכנסים ישר לחריצי PCIe x16 עבור כרטיסים גרפיים ואפילו SSDs M.2. התקני אחסון במהירות גבוהה: למעשה, זהו אחד הפונקציות, של ערכת השבבים הצפונית כעת. הוא מטפל בחלק מהאחסון בהתאם לעיצוב הצלחת והטווח שלה. AMD מחבר תמיד חריץ M.2 PCIe x4 למעבד שלו, ואילו אינטל עושה את אותו הדבר עבור זיכרונות Intel Optane. יציאות USB 3.1 Gen2: אנו יכולים אפילו למצוא יציאות USB המחוברות למעבד, ובמיוחד ממשק ה- Thunderbolt 3.0 של אינטל. גרפיקה משולבת: באופן דומה, למעבדים רבים הנוכחיים יש גרפיקה או IGP משולבים, והדרך להביא אותם ללוח הקלט / פלט של הלוח היא דרך הבקר הפנימי עם יציאת HDMI או DisplayPort. בדרך זו יש לנו את היכולת לשחק תוכן ב- 4K 4096 × 2160 @ 60 FPS ללא בעיות. Wi-Fi 6: בנוסף, המעבדים החדשים ישלבו פונקציות רשת אלחוטית ישירות בשבבים החדשים שלהם, ויוסיפו עוד יותר פונקציונליות עם תקן ה- Wi-Fi החדש העובד עם פרוטוקול IEEE 802.11ax.

דור 8 של אינטל וארכיטקטורת אינטל Z390

פונקציות זרם שבבים דרום

בחלקו של הגשר הדרומי יהיו לנו כרגע את כל הפונקציות הללו:

• אוטובוס ישיר למעבד: כפי שכבר הזכרנו, ערכות השבבים בצפון ודרום יחוברו באמצעות אוטובוס בכדי לשלוח את הנתונים הרלוונטיים למעבד. גם אינטל וגם AMD פועלים במהירות הקרובה ל 8GB / s כיום. חלק מנתיבי ה- PCIe: החלק האחר של נתיבי ה- PCI שאין למעבד ה- CPU הוא הגשר הדרומי, למעשה, הם יהיו בין 8 ל -24 בהתאם לביצועים של ערכת השבבים. בתוכם מחוברים חריצי M.2 PCIe x4, חריצי PCIe הרחבה ויציאות מהירות שונות שונות כגון U.2 או SATA Express. יציאות USB: מרבית יציאות ה- USB יועברו ישירות אל ערכת השבבים הזו, למעט במקרים מסוימים כפי שציינו קודם. נכון לעכשיו אנו מדברים על יציאות USB 2.0, 3.1 Gen1 (5 Gbps) ו- 3.1 Gen2 (10 Gbps). כרטיס רשת וכרטיס קול: שני רכיבי הרחבה חיוניים נוספים יהיו כרטיסי ה- Ethernet ו- Network Sound, המחוברים תמיד לערכת השבבים הזו. יציאות SATA ותמיכת RAID: באופן דומה, אחסון איטי תמיד יהיה מחובר לגשר הדרומי. הקיבולת נע בין 4 ל 8 יציאות SATA. בנוסף, הוא מציע את היכולת ליצור RAID 0, 1, 5 ו- 10. אוטובוס ISA או LPC: אוטובוס זה עדיין תקף על לוחות האם הנוכחיים. אליו חיברנו את היציאות המקבילות והסדרתיות, בנוסף לעכבר ולמקלדת PS / 2. אוטובוס SPI ו- BIOS: באופן דומה, אוטובוס זה מתוחזק, ומאפשר גישה לאחסון הפלאש של ה- BIOS. SMBus לחיישנים: חיישני טמפרטורה וסיבוב סל"ד צריכים גם אוטובוס בכדי לשלוח את הנתונים, וזה יהיה האחראי על ביצועם. בקר DMA: אוטובוס זה מספק גישה ישירה לזיכרון RAM עבור התקני ISA. ניהול צריכת חשמל ACPI ו- APM: לבסוף, ערכת השבבים מנהלת חלק מניהול הכוח, ספציפית כיצד מצב חיסכון בחשמל פועל לכיבוי או השהיית המערכת.

מסקנה לגבי ערכת השבבים הצפונית לעומת ערכת השבבים הדרומית

ובכן, מאמר זה מגיע לנקודה זו בה אנו מפרטים בפירוט ממה מורכבים גשר הצפון והגשר הדרומי. בנוסף, ראינו את ההתפתחות שלה ואת כל הפונקציות של כל אחד מהם על לוחות האם הנוכחיים.

כעת נשאיר לך כמה מאמרי חומרה כדי להמשיך ללמוד:

אם יש לך שאלות או שאתה רוצה לבצע תיקון לגבי התוכן, השאר לנו תגובה בתיבה. אנו מקווים שמצאת שזה מועיל.