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说起主板的南桥和北桥芯片,这可能是一件暴露年龄的事,毕竟现在的主板上最大、最重要的那个芯片就是南桥了,根本没有北桥芯片的踪影,那么它去哪里了?答案很简单,被 CPU 和南桥芯片整合了。
北桥芯片(North Bridge)和南桥芯片(South Bridge)合称就是主板的芯片组,是支撑整个主板运行的关键,早在 586 时期的电脑主板就已经采用了这种架构。其中北桥是离 CPU 最近的芯片,这主要是考虑到北桥芯片与 CPU 之间的通信最密切,且处理的都是高速信号,为了提高通信性能而缩短传输距离。北桥芯片 Intel 通常标识为 MCH,主要负责内部数据传输,通过前端总线 FSB(Front Side Bus)与 CPU 进行直接通讯,并决定了支持的 CPU 型号和主频。
除此之外,北桥芯片还集成了内存控制器和 PCI-Express 控制器(早期是 AGP),所以内存、显卡和 CPU 的通讯都要通过北桥来完成,同时它还要与南桥芯片连接通讯,可见北桥芯片在主板上的重要性不言而喻。早先的主板通常都是以北桥芯片型号来命名,不同型号的北桥支持的 CPU 和内存的性能也不一样,例如 Intel 在奔腾四时期的 865 和 845,前者支持 800MHz 的 FSB 频率和双通道 DDR400 内存,而后者仅支持 533MHz 的 FSB 频率和单通道的 DDR333 内存。除此之外,早期的集成显卡也是整合在北桥芯片中,这在命名方式上也会有所体现,例如 Intel 同时期的 845G 和 865G,以及后来的 G41 和 G51 等,G 即是 Graphics,内建图形卡的意思。
由于内存与 CPU 进行通讯需要通过北桥芯片,这就好比从广东省的中山市到深圳市需要拐个大弯,而北桥芯片就相当于著名的 " 虎门大桥 "。为了提升通讯效率,AMD 从 Athlon64 开始就在 CPU 中整合了内存控制器,而 Intel 也从第一代酷睿开始整合了内存控制器,从 PCB 的走线可以看到内存插槽所有的引线都汇总到了 CPU 的底座,这就相当于中山市和深圳市之间即将开通的 " 深中通道 ",这是第一次给北桥芯片 " 减负 "。
到了 2010 年,Intel 开启了 " 胶水时代 ",开始把显卡整合在 CPU 中,但此时它们仅仅是整合在一块基板上,之后才真正整合在了 CPU 中,也就是大家熟悉的核心显卡,还集成了 PCI-Express 控制器,增加了带宽并降低了延迟,同时 FSB 也完成了使命寿终正寝,取而代之的的是全新的 QPI 和 DMI。AMD 后来也将显卡核心整合在 CPU 中,例如大家熟悉的 APU。到此为止,北桥芯片几乎所有的功能都已经整合到了 CPU 之中,自然也就没有存在的必要了。
南桥芯片,Intel 通常标识为 ICH,一般位于主板布局的右下方,这主要是考虑到它所连接的 I/O 总线较多,离处理器远一点有利于布线。南桥芯片主要是负责 I/O 总线之间的通信,充当着计算机系统与外周设备之间的 " 桥梁 ",例如 PCI 总线、USB、有线网卡、声卡、SATA、键盘鼠标、实时时钟控制器、高级电源管理和温度监测等。而现代的主板为了降低 CPU 的负担,也会提供额外的低速的 PCI-Express 插槽和 M.2 固态硬盘插槽,相当于是整合了北桥的部分功能,所以现在南桥反而成为主板上最重要的芯片,名称也被改称为 PCH,例如现在的 Z790、B760 等。
随着半导体工艺的演进,CPU 的性能不断增强的同时,可整合的内容也更多,例如 SATA 控制器和 USB 控制器,而网卡、声卡和无线网卡等设备也可以通过 PCI-Expesss 通道与 CPU 直接通信,例如国产 X86 处理器兆芯 KX-600,就整合了南北桥芯片所有的功能,所以这样的主板连南桥芯片也不需要了。
这样的情况在我们常用的平台也有,例如支持 AMD 的 Ryzen 华擎 Deskmini A300 STX 主板,也是没有南桥芯片的,因此以后的主板如果全面取消南桥芯片,其实一点不意外,而主板也真真正正的变成了一个插接平台。