Northbridge (informática)

En informática, un puente norte (también puente de host o concentrador de controlador de memoria) es uno de los dos chips que componen la arquitectura del conjunto de chips lógico central. en la placa base de una PC. Un puente norte se conecta directamente a una CPU a través del bus frontal (FSB) para manejar tareas de alto rendimiento y generalmente se usa junto con un puente sur más lento para administrar la comunicación entre la CPU y otras partes de la placa base. Desde la década de 2010, la reducción de la matriz y la mejora de la densidad de los transistores han permitido una mayor integración del conjunto de chips, y las funciones realizadas por los puentes norte ahora a menudo se incorporan a otros componentes (como los puentes sur o las propias CPU). En 2019, Intel y AMD lanzaron conjuntos de chips en los que todas las funciones del puente norte estaban integradas en la CPU. Los procesadores Intel Core modernos tienen el puente norte integrado en la CPU, donde se lo conoce como uncore o agente del sistema.

En las PC más antiguas basadas en Intel, el puente norte también se denominaba concentrador de controlador de memoria externo (MCH) o concentrador de controlador de memoria y gráficos (< i>GMCH) si está equipado con gráficos integrados. Cada vez más, estas funciones se integraron en el propio chip de la CPU, comenzando con los controladores de memoria y gráficos. Para los procesadores Intel Sandy Bridge y AMD Accelerated Processing Unit introducidos en 2011, todas las funciones del puente norte residen en la CPU. Intel cambió el nombre del puente sur correspondiente a Platform Controller Hub y AMD a Fusion Controller Hub. Las CPU AMD FX continuaron requiriendo chips externos de puente norte y puente sur.

Históricamente, la separación de funciones entre los chips CPU, puente norte y puente sur era necesaria debido a la dificultad de integrar todos los componentes en un solo chip. Sin embargo, a medida que las velocidades de la CPU aumentaron con el tiempo, surgió un cuello de botella debido a las limitaciones causadas por la transmisión de datos entre la CPU y su chipset de soporte. La tendencia de los puentes norte integrados comenzó a finales de la década de 2000; por ejemplo, la GPU Nvidia GeForce 320M en la MacBook Air de 2010 era un chip combinado puente norte/puente sur/GPU.

Descripción general

El puente norte normalmente maneja las comunicaciones entre la CPU, en algunos casos la RAM y las tarjetas de video PCI Express (o AGP), y el puente sur. Algunos puentes norte también contienen controladores de vídeo integrados, también conocidos como concentrador de controladores de memoria y gráficos (GMCH) en los sistemas Intel. Debido a que diferentes procesadores y RAM requieren señales diferentes, un puente norte determinado normalmente funcionará con solo una o dos clases de CPU y, generalmente, solo un tipo de RAM.

Hay algunos conjuntos de chips que admiten dos tipos de RAM; generalmente, estos están disponibles cuando hay un cambio hacia un nuevo estándar. Por ejemplo, el puente norte del chipset Nvidia nForce2 de 2002 sólo funcionaba con procesadores Socket A combinados con DDR SDRAM.

El chipset Intel i875 solo funciona con sistemas que utilizan procesadores Pentium 4 o Celeron que tienen una velocidad de reloj superior a 1,3 GHz y utilizan DDR SDRAM, y el chipset Intel i915G solo funciona con Intel Pentium 4 y Celeron, pero puede usar memoria DDR o DDR2.

Etimología

El nombre se deriva de dibujar la arquitectura en forma de mapa. La CPU estaría en la parte superior del mapa, comparable al norte en la mayoría de los mapas geográficos de uso general. La CPU se conectaría al chipset a través de un puente rápido (el puente norte) ubicado al norte de otros dispositivos del sistema como se muestra. Luego, el puente norte se conectaría al resto del conjunto de chips a través de un puente lento (el puente sur) ubicado al sur de otros dispositivos del sistema como se muestra en el dibujo.

Overclocking

El puente norte juega un papel importante en el grado de overclocking de una computadora, ya que su frecuencia se usa comúnmente como base para que la CPU establezca su propia frecuencia operativa. Este chip normalmente se calienta a medida que la velocidad del procesador aumenta, lo que requiere más refrigeración. Existe un límite para el overclocking de la CPU, ya que los circuitos digitales están limitados por factores físicos como los tiempos de subida, bajada, retraso y almacenamiento de los transistores, producto de ancho de banda de ganancia de corriente, capacitancia parásita y retraso de propagación, que aumenta con (entre otros factores) Temperatura de funcionamiento; en consecuencia, la mayoría de las aplicaciones de overclocking tienen límites impuestos por software en la configuración del multiplicador y del reloj externo. Además, el calor es un factor limitante importante, ya que se necesitan voltajes más altos para activar adecuadamente los transistores de efecto de campo dentro de las CPU y este voltaje más alto produce mayores cantidades de calor, lo que requiere mayores soluciones térmicas en la matriz.

Evolución

La tendencia general en el diseño de procesadores ha sido integrar más funciones en menos componentes, lo que reduce el costo general de la placa base y mejora el rendimiento. El controlador de memoria, que maneja la comunicación entre la CPU y la RAM, fue trasladado al procesador por AMD comenzando con sus procesadores AMD K8 y por Intel con sus procesadores Nehalem. Una de las ventajas de tener el controlador de memoria integrado en la CPU es reducir la latencia de la CPU a la memoria.

Otro ejemplo de este tipo de cambio es el nForce3 de Nvidia para sistemas AMD K8. Combina todas las características de un puente sur normal con un puerto de puerto de gráficos acelerados (AGP) y se conecta directamente a la CPU. En las placas nForce4 se comercializó como procesador de comunicaciones de medios (MCP).

Los procesadores AMD Accelerated Processing Unit cuentan con una integración completa de las funciones de Northbridge en el chip de la CPU, junto con núcleos de procesador, controlador de memoria, interfaz PCI Express de alta velocidad (generalmente para tarjetas gráficas) y una unidad de procesamiento de gráficos integrada (iGPU). Esta fue una evolución del AMD K8, ya que el controlador de memoria estaba integrado en la CPU del AMD64.

El puente norte fue reemplazado por el agente del sistema introducido por la microarquitectura Intel Sandy Bridge en 2011, que esencialmente maneja todas las funciones anteriores del puente norte. Los procesadores Intel Sandy Bridge cuentan con una integración total de las funciones de Northbridge en el chip de la CPU, junto con núcleos de procesador, controlador de memoria, interfaz PCI Express de alta velocidad y unidad de procesamiento de gráficos (GPU) integrada. Esta fue una evolución adicional de la arquitectura Westmere, que también incluía una CPU y una GPU en el mismo paquete.

Los procesadores AMD recientes, comenzando con Zen 2, han movido algunas funciones de E/S del módulo de CPU a un módulo de E/S en el mismo paquete MCM que la CPU. Normalmente, este troquel no se considera parte del Northbridge, ya que está en el mismo paquete que la CPU, pero cumple algunas de las mismas funciones.