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谈起主板的南桥和北桥芯片,这是一件可能会暴露年龄的事情,现在的电脑上,最大、最重要的芯片就是南桥,而北桥芯片几乎已经绝迹了。那么,它究竟去了哪里呢?答案非常简单,它被CPU和南桥芯片所融合了。

北桥芯片(North Bridge)和南桥芯片(South Bridge)共同构成了主板的芯片组,这一架构自586时代的电脑主板就已开始崭露头角。这两大芯片宛如主板的两大支柱,对整个系统的运行起着举足轻重的作用。其中,北桥芯片处于离CPU最近的位置,这一布局主要考虑到北桥与CPU之间的通信频繁且传输的多为高速信号,为提升通信性能,其位置被安排得尽可能靠近CPU。
Intel的北桥芯片通常被标识为MCH,它主要负责内部数据的快速传输。正是通过前端总线FSB(Front Side Bus),北桥芯片与CPU进行直接交流,并且限定了可支持的CPU型号和主频它。的这一角色,犹如一座桥梁,将CPU与主板的其他部分紧密地连接在一起,确保数据的快速、稳定传输,从而保证了整个系统的流畅运行。

内存、显卡和CPU的交流都要通过北桥来完成,它还要和南桥芯片进行联系和沟通。由此可见,北桥芯片在主板上的地位是多么的重要。早先的主板基本上都是以北桥芯片型号来进行命名,不同型号的北桥所支持的CPU和内存性能也各有不同。例如,在奔腾四时期,Intel的865和845两种型号的北桥芯片,前者支持800MHz的前端总线频率以及双通道DDR400内存,而后者仅支持533MHz的前端总线频率以及单通道的DDR333内存。另外,早期的集成显卡也是被整合在北桥芯片中,这在命名方式上也会有所体现。例如,Intel的845G和865G,以及后来的G41和G51等,其中的G就代表Graphics,也就是内建图形卡的意思。
除此之外,北桥芯片还统合了内存控制器和PCI-Express控制器,扮演着“交通枢纽”的角色,

要想提高内存与CPU之间的通讯效率,就得让它们之间的“交通路线”更为畅通。这就好比从广东省中山市到深圳市本来要经过虎门大桥,但为了提升效率,人们决定开通一条直接连接中山市和深圳市的“深中通道”。同样地,为了提升内存与CPU之间的通讯效率,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。这些举措就相当于在中山市和深圳市之间即将开通的“深中通道”,使得内存与CPU之间的通讯更为顺畅,从而提高了电脑的整体性能。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,这大大减少了北桥芯片的负担,使得电脑运行更为流畅。

2010年,Intel引领了一场“胶水革命”,将显卡融入了CPU。初时,它们只是简单地在同一块基板上结合,然而并未真正达到CPU级别的集成。直到核心显卡的诞生,才算是真正将显卡和CPU紧密地融为一体,此时的CPU已经集成了PCI-Express控制器,使得数据传输的带宽增加、延迟降低。在这之后,FSB也走到了生命的尽头,被全新的QPI和DMI所取代。AMD也在这一时期,将显卡核心融入了CPU,例如广为人知的APU。自此,北桥芯片的所有功能几乎都被集成到CPU中,它的存在必要性也就逐渐消退了。
南桥芯片,通常被Intel标识为ICH,位于主板布局的右下方。它的位置选择主要是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一些有利于线路的布局。南桥芯片主要负责I/O总线之间的通信,充当着计算机系统与外部设备之间的“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等。而现代的主板为了减轻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,相当于承担了部分北桥的功能,因此现在南桥已成为主板上最重要的芯片,其名称也改为PCH,例如现在的Z790、B760等。

随着半导体工艺的不断进步,CPU的性能得到了极大的提升,同时可以集成的功能也越来越多,例如SATA控制器和USB控制器等。此外,网卡、声卡和无线网卡等设备也可以通过PCI-Express通道与CPU进行直接通信,这极大地提高了计算机的效率和性能。例如,国产X86处理器兆芯KX-600,通过整合南北桥芯片的所有功能,让主板上甚至不需要南桥芯片,使得整机的架构更加简洁和高效。这种趋势充分展现了半导体技术发展的广阔空间和潜力,预示着未来更加集成化、高效化的计算机发展方向。

这样的情况在许多我们所熟知的平台上也有所体现。比如,支持AMD的Ryzen华擎Deskmini A300 STX主板,它的南桥芯片也并不存在。因此,如果将来主板全面取消南桥芯片,我们并不会感到惊奇。在那个时候,主板将真正成为了一个简单的插接平台,承载着各种扩展设备和功能模块。

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