主板上還剩啥？CPU整合GPU/北橋/南橋
泡泡網(wǎng)主板頻道2月6日 眾所周知，主板上最重要、成本最高的兩顆芯片，被稱為北橋和南橋，其中北橋負(fù)責(zé)與處理器對(duì)接，主要功能包括：內(nèi)存控制器、PCI-E控制器、集成顯卡、前/后端總線等，都是速度較快的模塊；而南橋則負(fù)責(zé)外圍周邊功能，速度較慢，主要包括：磁盤(pán)控制器、網(wǎng)絡(luò)端口、擴(kuò)展卡槽、音頻模塊、I/O接口等等。
傳統(tǒng)的南北橋芯片組功能示意圖
Intel與AMD的新一代處理器，已經(jīng)將傳統(tǒng)北橋的大部分功能都整合在了CPU內(nèi)部，Intel的Clarkdale與Sandybridge處理器則是完全整合北橋芯片，與其搭配的P55/H55/P67/H67等芯片組其實(shí)就是一顆南橋。
現(xiàn)在北橋已被整合在了CPU內(nèi)部
而現(xiàn)在，AMD打算在未來(lái)的APU處理器當(dāng)中，除了北橋外將南橋也完全整合進(jìn)去，如此一來(lái)，與之搭配的主板上將不會(huì)再有芯片組，只是一塊堆滿接口和插槽的擴(kuò)展輸出板子而已。
目前市場(chǎng)上熱賣(mài)的Core i3 5XX和Core i5 6XX處理器就是基于Clarkdale核心的產(chǎn)品，它們首次整合北橋芯片（包括集成顯卡），但整合的方式比較特別：
Clarkdale核心處理器封裝示意圖
Clarkdale核心包括CPU和GPU兩個(gè)部分，CPU部分使用了新一代32nm工藝制造，是雙核心四線程設(shè)計(jì)；GPU部分就是傳統(tǒng)意義上的北橋，為45nm工藝制造，內(nèi)含雙通道DDR3內(nèi)存控制器、PCI-E控制器和集成顯卡。
Clarkdale的北橋(GPU)和CPU部分示意圖
CPU部分和GPU部分是各自獨(dú)立的，微觀上通過(guò)QPI總線相連，宏觀上被封裝在了一起，接口是與Lynnfield相同的LGA1156。整體上來(lái)看Clarkdale不僅整合了內(nèi)存控制器和PCI-E控制器，還整合了顯示核心，看似更加先進(jìn)。
實(shí)際上，Clarkdale只是將原本放在主板上的北橋芯片，挪到了CPU的鐵蓋下面，本質(zhì)上并沒(méi)有整合任何東西（包括顯卡和內(nèi)存控制器）。但是與之搭配的H55芯片組，確實(shí)只剩下了一顆南橋。北橋的發(fā)熱量遠(yuǎn)高于南橋，由于北橋位于處理器上面，因此用戶再也不用擔(dān)心主板的散熱問(wèn)題了。
目前市面上熱賣(mài)的Core i7 8XX和Core i5 7XX處理器，就是基于Lynnfield核心的產(chǎn)品，這是真正意義上整合了北橋的處理器。
Lynnfield核心示意圖
Lynnfield相比Bloomfield（Core i7 9XX），在處理器內(nèi)核部分幾乎沒(méi)有任何改動(dòng)，同樣是45nm工藝、原生四核心設(shè)計(jì)、支持超線程(僅限i7)、三級(jí)緩存容量也保持8MB，它也整合了內(nèi)存控制器和QPI總線，但刪去了一條內(nèi)存通道，成為主流的雙通道設(shè)計(jì)，QPI總線也刪去了一條，僅保留一條。
Lynnfield與Bloomfield的L1/L2/L3完全相同
事實(shí)上，對(duì)于大多數(shù)普通用戶來(lái)說(shuō)，三通道內(nèi)存的帶寬過(guò)剩，因此刪去一條之后，性能并沒(méi)有多少損失。另外Bloomfield內(nèi)置的兩條QPI總線是給多CPU互聯(lián)之用，而在民用市場(chǎng)基本完全閑置，只有一條QPI總線用來(lái)連接北橋，因此刪掉一條沒(méi)有任何影響。
簡(jiǎn)化成雙通道之后，Lynnfield的針腳數(shù)量和封裝面積縮小不少
Bloomfield已經(jīng)整合了傳統(tǒng)北橋最重要的功能——內(nèi)存控制器，所以X58北橋當(dāng)中就只剩下了PCI-E控制器。Lynnfield核心由于定位較低一些，考慮到大多數(shù)主流用戶并不需要多顯卡互聯(lián)，因此Intel索性將北橋當(dāng)中剩余的模塊——PCI-E控制器簡(jiǎn)化之后（只有16條通道），全都整合在了CPU當(dāng)中。
正因?yàn)檎狭薖CI-E控制器的關(guān)系，Lynnfield的晶體管數(shù)以及核心面積都要比Bloomfield大，所以Core i7 8XX處理器的售價(jià)比相近頻率的Core i7 9XX還要貴。好在P55主板要比X58便宜，而且雙通道內(nèi)存顯然比三通道便宜，另外不支持超線程技術(shù)的i5 7XX售價(jià)還算厚道，因此很受歡迎。
★ 配套芯片組P55，接口類(lèi)型LGA1156
通過(guò)Intel官方Lynnfield核心示意圖來(lái)看，處理器與芯片組之間居然沒(méi)有使用QPI、而是通過(guò)DMI總線相連。要知道QPI總線帶寬高達(dá)25GB/s，而DMI僅有2GB/s。
Intel官方的這張示意圖讓很多人產(chǎn)生誤解
事實(shí)上在Lynnfield核心內(nèi)部，除了整合了內(nèi)存控制器外，Intel連PCI-E控制器也整合了進(jìn)去（因此上圖顯卡直接與CPU相連），這就相當(dāng)于整顆北橋都被CPU吃掉了，連接CPU與北橋的QPI總線自然也不會(huì)幸免。如此一來(lái)，CPU將直接與“南橋”相連，他們之間的總線叫做DMI。
也就是說(shuō)，Lynnfield內(nèi)部還是整合了QPI總線的，雖然只有一條，這一條QPI總線用以連接CPU核心部分與PCI-E控制器部分。Bloomfield核心的QPI總線頻率可以隨便超，而Lynnfield核心的QPI被鎖定，其實(shí)沒(méi)有任何關(guān)系，因?yàn)镼PI的唯一用途就是連接北橋，內(nèi)存走的是直連通道已經(jīng)不經(jīng)過(guò)QPI總線了，因此超頻QPI不會(huì)有什么性能提升。
P55芯片組示意圖
P55是單芯片設(shè)計(jì)的芯片組，其本質(zhì)上就是一顆南橋，功能和ICH10R沒(méi)有太大區(qū)別，既不支持SATA3.0也不支持USB3.0，而且南橋中的PCI-E通道是落后的1.1版本。要知道Lynnfield核心內(nèi)部整合的PCI-E 2.0通道只有16條，只能滿足單顯卡或者雙顯卡的需要，此時(shí)如果用戶有需要使用高速的擴(kuò)展設(shè)備（比如USB3.0擴(kuò)展卡）的話，P55南橋提供的PCI-E 1.0接口就成為了最大瓶頸。
為了緩解這一瓶頸，一線主板廠商不得不整合第三方PCI-E橋接芯片，將P55當(dāng)中的多條PCI-E 1.0通道組合起來(lái)使用，這種方法讓主板成本增加不少。
Lynnfield核心不但整合了內(nèi)存控制器、而且整合了QPI總線以及PCI-E總線，是真正意義上“消滅”了北橋芯片的處理器。但它定位中高端，因此并沒(méi)有整合顯卡。
Clarkdale核心雖然將CPU和GPU首次封裝在了CPU基板上面，但本質(zhì)上它并沒(méi)有做到CPU和GPU的融合，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD認(rèn)為Intel這種方式其實(shí)是“膠水”整合，他們自己的APU才是真正意義上的“融合”。
Lynnfield雖然確實(shí)整合了北橋，但它在整合時(shí)并沒(méi)有包括顯卡。而Intel全新的Sandybridge處理器，則集眾多先進(jìn)技術(shù)與一身，在Lynnfield核心的基礎(chǔ)上，加入了新一代核心顯卡，架構(gòu)方面也有所微調(diào)。這是第一款真正意義上整合了北橋+顯卡的處理器。
毫無(wú)疑問(wèn)，SandyBridge相對(duì)于上代的Clarkdale來(lái)說(shuō)，最大的改進(jìn)就是將GPU部分真正融入了CPU核心內(nèi)部，這樣GPU部分也使用了先進(jìn)的32nm工藝，并且可以充分利用CPU部分的大容量三級(jí)緩存以及低延遲的內(nèi)存控制器，共享內(nèi)存帶寬，從而讓集顯部分獲得可觀的性能提升。
GPU處理單元和CPU核心被整合在了一顆芯片上面
除了CPU和GPU真正無(wú)縫整合在一起之外，Intel還對(duì)CPU與GPU兩大處理器核心分別做了優(yōu)化與改進(jìn)，獲得更高的指令執(zhí)行效率，此外整合內(nèi)存控制器相比上代產(chǎn)品帶寬將更高、延遲會(huì)更低，而且CPU的三級(jí)緩存也可以被GPU共享，因此整合顯卡的性能獲得了非?？陀^的提升。
優(yōu)化的核心、智能的頻率控制、以及單一32nm工藝的核心，SandyBridge相比上代產(chǎn)品速度更快、功率更小，處理器效能被提升到新的境界！
AMD的Athlon 64是業(yè)界首次整合了內(nèi)存控制器的處理器，但在此后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，AMD在整合方面并沒(méi)有太多的作為，其配套芯片組產(chǎn)品一直都是北橋和南橋分離式設(shè)計(jì)，北橋內(nèi)部只有PCI-E控制器和整合顯卡。
就在Intel發(fā)布SandyBridge的同時(shí)，AMD也正式發(fā)布了傳聞已久的Fusion APU處理器，將CPU和GPU無(wú)縫融合在了一起。但首批發(fā)布的產(chǎn)品定位比較低端，CPU僅為雙核、GPU的規(guī)格也比較低、而且還不支持PCI-E擴(kuò)展外接顯卡，整合程度遠(yuǎn)不如SandyBridge。
這款微控智能ITX-AF2S1A主板采用Nano-ITX規(guī)格，集成了一顆AMD Zacate處理器，頻率為1.6GHz，同時(shí)還集成了HD 6310 GPU，支持UVD 3.0解碼技術(shù)、支持DirectX 11、1080i/p以及H.264、VC-1和MPEG-4等高清格式視頻的播放等技術(shù)。
這顆APU被直接焊在了主板上面，包括了CPU、GPU和北橋的全部功能
這才是主板的芯片組，就是一顆南橋
AMD APU定位于嵌入式平臺(tái)、工控機(jī)、HTPC等對(duì)配置要求不高的領(lǐng)域，CPU和GPU的性能基本夠用，南橋功能全面，無(wú)需額外的擴(kuò)展插槽。因此并沒(méi)有整合太多高速總線和功能模塊。
AMD有很多款針對(duì)不同領(lǐng)域的APU產(chǎn)品，此前已經(jīng)發(fā)布的APU定位較低，列都是雙核CPU搭配入門(mén)GPU的配置。而到了今年中，AMD將會(huì)陸續(xù)發(fā)布定位中高端的APU，將會(huì)是四核CPU搭配中端GPU的配置，相信可以滿足絕大多數(shù)用戶的需要。
AMD已經(jīng)發(fā)布的APU家族名稱為“Brazos”的E系列和C系列處理器，前者代號(hào)為“Zacate”，最高功耗為18W TDP，主要針對(duì)筆記本或入門(mén)臺(tái)式機(jī)，后者代號(hào)為“Ontario”，最高功耗僅9W TDP ，則針對(duì)高畫(huà)質(zhì)上網(wǎng)本、HTPC或嵌入式平臺(tái)市場(chǎng)。
同時(shí)，AMD也會(huì)于上半年推出代號(hào)為L(zhǎng)lano的A系列APU處理器，將會(huì)內(nèi)建更多數(shù)目的核心，并內(nèi)建更高規(guī)格的繪圖核心，其中據(jù)AMD表示，A系列擁有 500GFLOP/s 或以上的平衡運(yùn)算能力，預(yù)期年中將會(huì)正式發(fā)布并針對(duì)主流級(jí)市場(chǎng)。
除此之外，AMD表示下半年將會(huì)分別針對(duì)高階市場(chǎng)、主流級(jí)桌上型平臺(tái)市場(chǎng)和行動(dòng)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)推出如“Dorado”、“Lynx”、“Scorpius”、“Danube”和“Sabine”等系列產(chǎn)品。 2012 年將會(huì)針對(duì)推出“Komodo”、“Trininty”、“Krishna”和“Wichita”等系列，除了核心數(shù)目進(jìn)一步增加外，其中，更提及到“Krishna”將會(huì)把南橋芯片的功能整合到APU內(nèi)，加上采用28nm制程，令該系列芯片面積進(jìn)一步減少，同時(shí)有效縮小設(shè)計(jì)空間。
這樣的設(shè)計(jì)將非常適合嵌入式平臺(tái)，AMD將首次把64bit、DX11顯卡引入該領(lǐng)域，顯示輸出方面不但支持雙頭輸出，而且還能提供一個(gè)LVDS接口直接連接到液晶面板，在保證超高集成度的同時(shí)提供了強(qiáng)大的功能，AMD的這一舉動(dòng)滿足了嵌入式平臺(tái)愈來(lái)愈高性能需求的用途，同時(shí)亦能有效降低放置空間要求?！?
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