Chipsatz

In einem Computersystem ist ein Chipsatz eine Zusammenstellung elektronischer Komponenten auf einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen , die den Datenfluss zwischen Prozessor , Speicher und Peripheriegeräten steuert . Der Chipsatz befindet sich üblicherweise auf dem Motherboard von Computern. Chipsätze sind in der Regel für die Verwendung mit einer bestimmten Mikroprozessorfamilie ausgelegt . Da er die Kommunikation zwischen Prozessor und externen Geräten regelt, spielt der Chipsatz eine entscheidende Rolle für die Systemleistung . Manchmal wird der Begriff „Chipsatz“ auch für ein System-on-a-Chip (SoC) verwendet, das in Mobiltelefonen zum Einsatz kommt. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

In der Informatik bezeichnet der Begriff Chipsatz üblicherweise eine Gruppe spezialisierter Chips auf dem Motherboard eines Computers oder einer Erweiterungskarte . Bei PCs war der erste Chipsatz für den IBM PC AT von 1984 der NEAT-Chipsatz, der von Chips and Technologies für die Intel 80286 -CPU entwickelt wurde.

In Heimcomputern , Spielkonsolen und Arcade-Automaten der 1980er und 1990er Jahre wurde der Begriff Chipsatz für die speziell angefertigten Audio- und Grafikchips verwendet . Beispiele hierfür sind der Original-Amiga-Chipsatz und der System-16- Chipsatz von Sega .

Bei x86 -basierten PCs bezeichnet der Begriff Chipsatz häufig zwei bestimmte Chips auf dem Motherboard: die Northbridge und die Southbridge . Die Northbridge verbindet die CPU mit Hochgeschwindigkeitsgeräten, insbesondere mit dem Arbeitsspeicher (RAM ) und der Grafikkarte , während die Southbridge Verbindungen zu langsameren Peripheriebussen (wie PCI oder ISA ) herstellt. Viele moderne Chipsätze enthalten integrierte Peripheriegeräte wie Ethernet , USB und Audio .

Motherboards und ihre Chipsätze stammen oft von verschiedenen Herstellern. Zu den Herstellern von Chipsätzen für x86- Motherboards gehören (Stand 2021) AMD , Intel , VIA Technologies und Zhaoxin .

In den 1990er Jahren war VLSI Technology in Tempe, Arizona , ein bedeutender Entwickler und Hersteller von Chipsätzen . Zu ihren Innovationen zählten die Integration der PCI-Brückenlogik, der GraphiCore 2D-Grafikbeschleuniger und die direkte Unterstützung für synchrones DRAM, den Vorläufer des DDR-SDRAM- Speichers.

Der Apple Macintosh SE , Macintosh II und später die Quadras- Serie verwendeten Chipsätze von VLSI Technology , obwohl es sich um von Apple entwickelte ASICs handelte. Nach dem Wechsel zu PowerPC nutzte Apple verschiedene ASIC-Hersteller für seine Chipsätze, darunter VLSI Technology, Texas Instruments , LSI Logic und Lucent Technologies (später Agere Systems ). Beim Wechsel zu Intel setzte Apple dann auf herkömmliche PC-Chipsätze.

In den 1980er-Jahren leistete Chips and Technologies Pionierarbeit bei der Herstellung von Chipsätzen für PC-kompatible Computer. Seitdem produzierte Computersysteme verwenden häufig dieselben Chipsätze, selbst in sehr unterschiedlichen Anwendungsbereichen. So fand sich beispielsweise der NCR 53C9x , ein kostengünstiger Chipsatz mit SCSI- Schnittstelle zu Speichergeräten, in Unix -Systemen wie dem MIPS Magnum , in eingebetteten Systemen und in PCs.

Frühe PDAs und Smartphones verwendeten ARM-basierte Chipsätze, die CPU, GPU und weitere Chips kombinierten und über eine Busschnittstelle wie AMBA verbunden waren . ^{[ 3 ]} Später, mit der Einführung von iPhone und iPad , wurden SoC- Chipsätze in Smartphones weit verbreitet eingesetzt. ^{[ 4 ]}

Traditionell erfolgte bei x86-Computern die primäre Verbindung des Prozessors zum Rest des Systems über die Northbridge des Motherboard-Chipsatzes. Die Northbridge war direkt für die Kommunikation mit Hochgeschwindigkeitsgeräten zuständig (beispielsweise Systemspeicher und primäre Erweiterungsbusse wie PCIe, AGP und PCI-Karten) und umgekehrt für die gesamte Systemkommunikation zurück zum Prozessor. Diese Verbindung zwischen Prozessor und Northbridge wird üblicherweise als Front-Side-Bus (FSB) bezeichnet. Anfragen an Ressourcen, die nicht direkt von der Northbridge gesteuert wurden, wurden an die Southbridge ausgelagert. Die Northbridge fungierte dabei als Schnittstelle zwischen Prozessor und Southbridge. Die Southbridge übernahm alle übrigen Aufgaben, im Allgemeinen langsamere Peripheriegeräte und Boardfunktionen (vor allem Festplatten- und Speicherverbindungen) wie USB-, Parallel- und serielle Kommunikation. In den 1990er- und frühen 2000er-Jahren war der PCI-Bus die Schnittstelle zwischen Northbridge und Southbridge. ^{[ 5 ]}

Vor 2003 wurde die gesamte Kommunikation zwischen CPU und Arbeitsspeicher oder Erweiterungsgeräten wie Grafikkarten – ob AGP , PCI oder in das Mainboard integriert – direkt vom Northbridge-IC im Auftrag des Prozessors gesteuert. Dadurch war die Prozessorleistung stark vom System-Chipsatz abhängig, insbesondere von der Speicherleistung der Northbridge und ihrer Fähigkeit, diese Informationen an den Prozessor zurückzuleiten. 2003 änderte dies jedoch die Einführung der Athlon-64 -Prozessoren von AMD ^{[ 6 ]} . Der Athlon 64 führte einen im Prozessor integrierten Speichercontroller ein, der es dem Prozessor ermöglichte, direkt auf den Speicher zuzugreifen und ihn zu verwalten. Die herkömmliche Northbridge wurde dadurch überflüssig. Intel zog 2008 mit der Veröffentlichung seiner Core-i- Prozessoren und der X58- Plattform nach.

Bei neueren Prozessoren wurde die Integration weiter vorangetrieben, vor allem durch die Integration des primären PCIe-Controllers und der integrierten Grafik direkt in die CPU. Da immer weniger Funktionen vom Prozessor selbst übernommen werden, haben Chiphersteller die verbleibenden Northbridge- und Southbridge-Funktionen auf einem einzigen Chip zusammengefasst. Intels Version hierfür ist der „ Platform Controller Hub “ (PCH), während AMDs Version Fusion Controller Hub (FCH) hieß. Der PCH wird weiterhin als Chipsatz bezeichnet. ^{[ 7 ]} Er stellt eine erweiterte Southbridge für die verbleibenden Peripheriegeräte dar, da traditionelle Northbridge-Aufgaben wie Speichercontroller, PCIe-Schnittstelle und sogar der Onboard-Grafikcontroller in den CPU-Die integriert sind (der Chipsatz enthält jedoch häufig sekundäre PCIe-Anschlüsse). Bei mobilen Varianten der Skylake -Prozessoren wurde der Platform Controller Hub jedoch auch als zweiter Die in das Prozessorgehäuse integriert. ^{[ 8 ]}

AMDs FCH wurde mit der Einführung der Carrizo-Prozessoren eingestellt, da er in denselben Chip wie der Rest der CPU integriert wurde. ^{[ 9 ]} Seit der Zen-Architektur existiert jedoch weiterhin ein Chipsatz, der lediglich langsame Ein-/Ausgabe-Schnittstellen wie USB und SATA verarbeitet und über PCIe mit der CPU verbunden ist. In diesen Systemen werden alle PCIe-Verbindungen direkt zur CPU geführt. ^{[ 10 ]} Die zuvor von AMD zur Kommunikation mit dem FCH verwendete UMI-Schnittstelle wurde durch eine PCIe-Verbindung ersetzt. Technisch gesehen kann der Prozessor ohne Chipsatz betrieben werden; dieser ist lediglich für die Anbindung langsamer Ein-/Ausgabe-Schnittstellen weiterhin vorhanden. ^{[ 11 ]} AMD-Server-CPUs verwenden stattdessen ein eigenständiges System-on-Chip -Design, das keinen Chipsatz benötigt. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Die aktuell verwendeten Schnittstellen zur Verbindung zwischen Northbridge und Southbridge sind DMI ( Intel ) und UMI ( AMD ). Diese können auch zur Verbindung eines Prozessors mit einem Chipsatz verwendet werden.

• Acer Laboratories Incorporated
• Vergleich der Nvidia nForce-Chipsätze
• Liste der AMD-Chipsätze
• Liste der ATI-Chipsätze
• Liste der Intel-Chipsätze
• Northbridge
• Rotkiefer-Signale
• Siliziumintegrierte Systeme
• Southbridge
• Very-large-scale integration oder VLSI
• Liste der VIA-Chipsätze
• Liste der Qualcomm Snapdragon-System-on-Chips
• Liste der MediaTek-System-on-Chips