Come funziona il chipset

E’ un elemento centrale del sistema, non meno importante della CPU. Ecco le funzioni che svolge e alcune novità in arrivo

marzo 2004 Il chipset è l'insieme dei chip
(circuiti integrati) che permettono alla CPU di comunicare con il resto del sistema:
la memoria, i dischi, la grafica video e le varie interfacce di input/output.

Da parecchi anni ci siamo abituati a vedere una suddivisione dei chipset in
due chip principali. Sebbene non manchino le eccezioni, nella maggior parte
dei casi abbiamo visto un chip dedicato alle interfacce ad alta velocità
(memoria e grafica AGP) e un altro chip che supporta tutte le altre interfacce
di I/O.

Questa configurazione viene schematizzata, tradizionalmente, collocando la
CPU in cima, il chip di comunicazione con grafica e memoria sotto la CPU e il
chip con le interfacce di I/O più in basso.
Per questo motivo i due chip del chipset hanno preso il nome di Northbridge
(ponte Nord) e Soutbridge (ponte Sud).

In qualche caso la miniaturizzazione ha reso possibile realizzare chipset che
racchiudono, in un solo chip, le funzioni del Northbridge e del Southbridge,
anche se nella maggior parte dei casi i chipset sono ancora composti da più
chip.

Dato che il chipset fa da intermediario tra la CPU e tutti (o quasi) i sottosistemi,
la sua architettura influenza non poco le prestazioni del sistema.

In generale, un chipset è progettato per una famiglia di processori
e per una tecnologia di RAM, quindi supporta le frequenze di
CPU, le velocità di frontside bus (FSB) e le velocità
del bus di memoria corrispondenti ai processori e ai moduli di memoria che entrano
in commercio durante il periodo di vita del chipset.

La qualità di un chipset dipende sia dalle funzionalità che supporta
sia dalla sua capacità di far scorrere i dati tra la CPU e i sottosostemi
alla massima velocità (larghezza di banda) e con il
minimo ritardo (latenza).

Ogni innovazione per ampliare la banda passante e ogni artificio capace di
ridurre il numero di cicli di clock per ogni accesso alla memoria sono fattori
chiave per tenere occupato il processore e raggiungere le massime prestazioni
possibili.

Il PC del futuro
L'evoluzione dei PC è destinata a subire una improvvisa accelerazione
nel corso del 2004: vedremo cambiare il formato delle motherboard (da Atx a
Btx, con nuovi telai, alimentatori e dissipatori), le tecnologie
dei bus (PCI-Express al posto di PCI, PCI-X e Agp; Ata seriale,
Sata II e Scsi seriale al posto dei bus paralleli) e, più
avanti, la tecnologia di memoria (DDR-II al posto della DDR).

I processori passeranno gradualmente da 130 nm a 90 nm con
nuovi zoccoli e nuovi chipset, che man mano supporteranno il PCI-Express (PCI-E)
e abbandoneranno l'Agp. Questa evoluzione riguarda in primo luogo i PC
ad alte prestazioni basati su CPU Intel; AMD può prendersela relativamente
comoda, avendo già sfornato le sue CPU di nuova generazione a 64 bit.

Alcuni esempi
Per vedere in pratica che cosa fa un chipset, consideriamo alcuni dei modelli
attuali per Pentium 4 e per AMD 64. Iniziamo dall'Intel 875P (Canterwood),
uscito in aprile 2003 e ideale complemento dei Pentium 4 con frontside bus (Fsb)
a “800 MHz” (200 MHz a quadruplo data rate).

Con l'utilizzo delle memorie Sdram DDR400 e il supporto per due canali
di memoria, la banda passante del Fsb (6,4 GB/s) corrisponde esattamente alla
banda passante della memoria (3,2 + 3,2 GB/s), quindi la combinazione di P4
a 3 GHz e oltre, con chipset 875P e due banchi di DDR400, è stata finora
la configurazione Pentium 4 più efficiente.

Le specifiche dell'875P citano la cosiddetta Pat (Performance
acceleration technology)
, che consiste nel taglio di due cicli di clock
nelle operazioni di accesso alla memoria quando si usa un P4 con Fsb a 800 MHz
(anziché 533) e DDR400 (anziché 333). Questa riduzione della latenza
è consentita sui chip che presentano le migliori tolleranze nel processo
di produzione e offre un guadagno in prestazioni di alcuni punti percentuali.

Il chipset 865PE, uscito nel maggio 2003, è più
economico ed è pressoché identico all'875P salvo che ufficialmente
non supporta il Pat (che può essere attivato con trucchi opportuni, vedi
www.x86-secret.com/popups/printarticle.php?id=87) e sembra essere più
critico nella compatibilità con i moduli DDR.

Con l'introduzione dei processori a 64 bit, AMD ha compiuto un salto
in avanti in termini di processo produttivo (Silicon on insulator), di architettura
e di prestazioni, più che mai competitive nei confronti di P4 e Xeon.

Uno dei fattori a favore di Athlon 64 e Opteron
è l'avere spostato il controller della memoria dal chipset alla
CPU, riducendo i tempi di latenza e svincolando la banda passante del frontside
bus da quella del bus di memoria. Quest'ultimo infatti è implementato
tramite uno dei link HyperTransport a 6,4 GB/s che, nell'architettura
di AMD, collegano le CPU AMD 64 ai sottosistemi (memoria, Agp, I/O e, per l'Opteron,
altri processori).

Esempi di chipset per le nuove CPU AMD sono l'AMD 8000 e il Via K8T800,
entrambi per Athlon e singolo o doppio Opteron, e gli Nvidia nForce3 (per Athlon
64) e nForce3 Pro (per singolo Opteron). I chipset nForce 3 sono costituiti
da un solo chip.

L'AMD 8000 consiste di 8151 (tunnel HyperTransport e bridge
AGP 8X da 2,1 GB/s), 8131 (Tunnel HyperTransport con doppio bridge PCI-X a 133
MHz) e 8111 (Hub di I/O verso PCI, Eide, Usb 2.0, AC97, Ethernet 10/100 e altro).

Il K8T800 è un northbridge che essenzialmente funge
da bridge Agp 8X/4X; è collegato con la/le CPU tramite HyperTransport
da 1,6 GHz/16 bit e al southbridge VT8237 tramite bus V-Link da 533 MB/s.

In generale avere due canali di memoria e relativi controller procura un significativo
incremento di prestazioni, così come accade utilizzando le DDR400 anziché
le DDR333.

Per un po' di tempo i sistemi più veloci si baseranno quindi su
doppi controller RAM e doppi gruppi di moduli DDR400. Un esempio è la
workstation grafica Celsius V810 di Fujitsu-Siemens, basata su doppio Opteron
con 16 zoccoli DDR che accettano fino a 16 GB di RAM.

continua...

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