Actualizado a: 19 de enero de 2024
Si has visto las placas base de los nuevos Mac de Apple, habrás echado en falta un elemento muy común: el chipet. Por eso, si necesitas saber por qué Apple no usa chipset (o tal vez por qué si lo usa pero no lo vemos ¿?), te invito a seguir leyendo este artículo en el que te lo explicamos todo…
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¿Qué es un chipset?
Mientras las placas base de los ordenadores evolucionaban, cada vez se hacían más complejas, con más capas de interconexiones, más componentes SMT soldados sobre la superficie y más chips complejos.
Los chipsets no eran necesarios en un principio. Sin embargo, los fabricantes de equipos usaban chips controladores propios para manejar sus periféricos. Esto hacía que no fuesen compatibles con otros periféricos de otros fabricantes diferentes. Para dar mayor modularidad, con la llegada del IBM PC para permitir que más fabricantes pudieran crear sus periféricos o componentes compatibles, se necesitó crear un conjunto de chips comunes.
Esto también era así en otras computadoras diferentes al IBM PC. Sin embargo, poco a poco todos fueron adoptando el chipset, incluso los Mac PowerPC, así como los Mac basados en Intel, entre otros.
Los diseñadores decidieron crear un conjunto de chips o chipset genérico que permitía esa mayor modularidad para que los fabricantes de componentes y periféricos no tuviesen que preocuparse por hacer sus propios chips controladores y que no fueran compatibles con otros. La idea principal fue la de incluir dos chips principales:
- Northbridge: significa literalmente puente norte, y es el chip más complejo del chipset. Se encuentra más cerca del procesador, es más grande y suele tener un TDP superior al southbridge. Se interconecta a alta velocidad a la CPU, integrando los controladores de memoria RAM y también los gráficos a través del slot AGP, entre otros. Es decir, para acceder a la memoria RAM o para comunicarse con la GPU, la CPU debía pasar a través del NB.
- Southbridge: el SB o puente sur, está más alejado de la CPU, es más pequeño y menos complejo. El TDP es inferior al NB, por lo que no suele necesitar refrigeración en algunos casos o solo necesita un disipador pasivo como mucho. A él van enlazados otros dispositivos de menor velocidad, como puede ser Ethernet, el audio, puertos paralelo y serie, buses como el PCI, ISA, USB, etc. Además, hay que decir que el camino del SB también pasaba a través del NB para llegar a la CPU.
En esta época, los fabricantes de chipsets eran muy variados. Algunos fabricantes habituales eran VLSI Technology, Intel, ULI, ALi, NVIDIA, ATI, VIA Technologies, etc. Muchos de ellos desarrollaban chipsets tanto para Intel como para AMD. Además, en los casos donde las CPUs de AMD (y otros como IDT, Cyrix, …) eran compatibles con los mismos sockets de Intel, también podían funcionar con los propios chipsets de Intel.
Historia: el principio del fin
Con el paso del tiempo, surgieron procesadores que comenzaron a integrar algunas partes o funciones del chipset dentro de la propia CPU para acelerar el rendimiento. Por ejemplo, uno de los primeros fue AMD, que integraría dentro la MMU o la unidad de control de memoria RAM, para así comunicarse directamente con la memoria RAM sin tener que pasar a través del NB.
Otros, como fue el caso de VIA, también hicieron algunos experimentos llegando a integrar todo el Northbridge dentro de su VIA CoreFusion. En cambio, este modelo pasó desapercibido en la época y no tuvo éxito, pero es el camino que más tarde seguirían Intel y AMD. Es decir, finalmente hicieron desaparecer el NB de las placas base y ahora el chipset en realidad solo es un solo chip como veremos en el apartado del PCH…
¿Y en el caso de Apple?
VLSI Technology fue una empresa pionera en el mundo de los chipsets. En la década de los 90 llegó a ser uno de los diseñadores y fabricantes de chipsets más grandes. Principalmente creaba conjuntos de chips para los Apple Power Macintosh con CPUs Motorola 68030 y 85040.
Fueron pioneros en la integración del controlador PCI, el acelerador gráfico GraphiCore 2D y controlador de memoria SDRAM, en su chipset. También sería el proveedor para CPUs posteriores de los Mac con procesadores AIM (alianza Apple IBM Motorola) PowerPC G-Series.
Sin embargo, con la llegada de Intel como suministrador de CPUs para Apple, fue esta compañía la que también diseñaría y fabricaría los chipsets para estas placas base, con modelos similares a los que tenían para PCs.
Luego llegaría la era Apple Silicon, usando la experiencia que tenían en los SoC A-Series para dispositivos móviles para también crear sus SoC M-Series para portátiles y sobremesas de la marca. Y con la carrera de conseguir la mayor eficiencia, rendimiento y nivel de integración, estos chipsets pasaron a formar parte del propio SoC.
Es decir, Apple no necesita chipsets independiente para sus M1, M2, etc., al igual que tampoco lo necesitan para sus A-Series. Es más, en el caso de Apple, el chipset tiene mucho menos sentido que en el mundo del PC. Y es que los puertos son más limitados, con los Thunderbolt como pieza clave, sin tanta variedad como en un PC.
Además de eso, al tener integradas partes como la GPU, el sonido, NPU, controlador de memoria DDR, etc., tampoco será tan importante un puente externo…
Como puedes ver en las imágenes anteriores, Apple llama a lo que podríamos considerar chipset con el nombre de Fabric, que es todo un entramado de interconexiones para enlazar las distintas unidades y también hay otros componentes clave que podrían considerarse parte de un chipset tradicional repartidas por otras partes del chip.
Por ejemplo, además de la malla Fabric, también están los controladores de memoria DDR, los PHY I/O, los controladores Thunderbolt, etc.
Llegados a este punto, ya hemos contestado la pregunta del enunciado, por lo que deberías comprender qué es un chipset, su función, por qué Apple lo usó y por qué ahora ya no lo usa.
No obstante, Apple no da demasiados detalles sobre sus SoC, y tampoco sobre Fabric. Por tanto, muchos nos tenemos que hacer una idea de lo que es y cómo trabaja. Algunos rumores podrían indicar que este Fabric podría tener su propio núcleo ARM como controlador, semejante a una versión reducida de los núcleos eficientes de Apple (Icestorm). Se cree que el Fabric del M1 original probablemente contiene hasta una docena de estos núcleos ARM.
Este núcleo ARM con sus interconexiones carga su propio firmware durante el arranque del hardware de la M-Series, lo que ha permitido a Apple abordar las deficiencias iniciales en su comportamiento sin tener que cambiar el propio Fabric a nivel físico, simplemente con actualizaciones de firmware.
Los chips M1 Pro y Max, así como los nuevos M2 y sus variantes más poderosas, han mejorado mucho a Fabric que vimos en el M1 original. Esto les permite admitir más memoria, interconectar GPUs de forma más rápida, más pantallas y ofrecer tasas de transferencia más altas con el exterior. Sin estas mejoras en el rendimiento de Fabric, gran parte del potencial de las nuevas CPU y GPU no se habría materializado en los benchmarks con tan buenas cifras. Fabric es el héroe desconocido y anónimo de la serie M de Apple.
Por ejemplo, el M1 Ultra puede llegar a tener velocidades con el SSD de hasta 7.4GB/s y 800 GB/s en ancho de banda para la memoria RAM unificada.
¿Qué es el PCH?
Las placas base para PCs siguen dependiendo del conjunto de chips o chipset, aunque realmente ya no es un conjunto, como comenté, ahora es solo un único chip. Y en este caso es un chip denominado PCH (Platform Controller Hub), que ahora ocupa el lugar donde antes se situaba el northbridge de la placa base, pero que realmente cumple las funciones de un southbridge, ya que las funciones del northbridge se han integrado en la propia CPU como comenté.
A pesar de eso, aún se sigue denominando chipset, aunque ahora el chipset esté compuesto entre la CPU y la PCH.
El PCH es por tanto, un chip complejo donde se integran controladores que de momento no han sido absorbidos por la CPU o SoC. Además, es importante destacar que el PCH se interconecta con la CPU mediante un bus PCI Express en el caso de AMD y mediante un bus DMI en el caso de Intel.
Otro cambio importante desde la llegada de los PCH es que AMD e Intel se han hecho con el mercado de los chipsets. Ellos mismos son los que fabrican las distintas series para sus CPUs. Han desaparecido del sector otros fabricantes que vimos en apartados anteriores. Las placas base para Intel solo tienen ya PCHs de Intel y las placas base para AMD también tienen solo PCHs de AMD.
En cuanto a las funciones del PCH, destacamos:
- Dar soporte para el overclocking de la memoria RAM y de la CPU.
- Proveer de carriles adicionales a los que soporta la CPU.
- Incluir otros tipos de interfaces, como puede ser PCI, USB, SATA, etc.
Obviamente, no todas las placas base son iguales y no están obligadas a usar todas las características de un PCH. Todo dependerá de los objetivos de cada modelo de placa base.
Como sabes, estos dos fabricantes crean series de gama baja, media y alta para sus procesadores, permitiendo a los fabricantes de placas base elegir estos modelos para crear diferentes soluciones de mercado y con diferentes configuraciones. Esto es algo que en Apple no se puede hacer, ya que tan solo provee de unos cuantos tipos de SoCs y ni siquiera se puede elegir la RAM libremente o el SSD, ya que los chips RAM y flash también están soldados a la placa base de Apple…
Por ejemplo, en Intel podemos ver los Zx90, Hx70 y Bx60, como los Z690 o los Z790, los H670 o H770, y los B660/B760 para sus gamas alta, media y baja para las dos últimas generaciones. Mientras que en el caso de AMD tenemos chips como los Bx50, Xx70 y Xx70E, como los B550, X570 y X570E o los B650, X670, y X670E para sus gamas baja, media y alta para las dos últimas generaciones.
SoC
Para finalizar, como hemos visto que Apple, entre otros, usan un SoC con todas estas funciones del chipset integradas, vamos a ver algo más sobre qué es un SoC exáctamente y las posibles ventajas que podría tener.
¿Qué es un SoC?
Un SoC (System-on-a-Chip) es un sistema completo en un solo chip. Es decir, algo similar a una MCU o microcontrolador, donde se integra la CPU, la GPU, los controladores, y otras funciones que generalmente suelen estar en chips separados. Esto es una ventaja en cuanto a la integración, pudiendo beneficiar a aquellos dispositivos donde no existe demasiado espacio, como los dispositivos móviles.
Ten en cuenta que algunas ventajas de estos SoCs son:
- Ahorra espacio.
- Puede ser más barato.
- Menor consumo.
- Mejora la latencia de comunicación entre las diferentes partes.
Pero no deja de tener sus desventajas:
- Puede encarecer la producción del chip.
- Al tener que buscar un compromiso entre rendimiento e integración, puede que no sea tan potente como otros chips separados.
- Mayor TDP concentraod.
- No es tan modular.
Funciones del SoC
Ahora bien, en cuanto a las funciones o partes que se suelen integrar en un SoC, aunque pueden variar en cada caso, tenemos:
- CPU: la unidad central de procesamiento es el cerebro, el que se encarga de ejecutar el software y controlar otras partes del sistema para que hagan bien su trabajo.
- GPU: la unidad de procesamiento gráfico se encarga de generar o renderizar los gráficos 2D y 3D para entregar una salida de vídeo para la pantalla.
- ISP: la unidad de procesamiento de imágenes puede estar incluida en algunos SoCs y se encarga especialmente del procesamiento de imágenes de la cámara integrada o del vídeo.
- DSP: es un procesador de señal digital que se encarga de funciones diversas, como puede ser actuar como procesador de sonido o de tarjeta de sonido integrada. También puede usarse para analizar o procesar datos de sensores.
- NPU: es una unidad neuronal artificial para acelerar las aplicaciones de aprendizaje automático o IA. Generalmente, estas aplicaciones necesitan realizar muchos cálculos simples que son procesados en estas unidades.
- Codificador/descodificador de video: maneja la conversión eficiente de archivos y formatos de video. Por ejemplo, en los Apple M-Series tienes ProRes.
- Módems: convierte las señales inalámbricas en datos, o viceversa, para posibilitar las comunicaciones. Los componentes pueden incluir módems 4G LTE, 5G, WiFi y Bluetooth, etc.
- Interfaz de memoria: se trata de una unidad de gestión de memoria que actúa como interfaz entre las distintas unidades de procesamiento y la memoria RAM que se puede instalar fuera del SoC o dentro. De hecho, algunos SoCs incluso pueden integrar la memoria RAM y la flash.
- Fabric: también se incluyen mallas para interconectar de forma rápida y eficiente las distintas unidades dentro del SoC e incluso con las de fuera.
- Controladores E/S: pueden ser de muy diversos tipos, como controladores para interfaces USB, DisplayPort, Thunderbolt, HDMI, PCIe, SATA, etc.
Ejemplos de SoC
Ahora podemos ver algunos ejemplos de SoCs conocidos:
- Microsoft Xbox y Sony PlayStation SoCs co-desarrollados con AMD.
- Apple A-Series y M-Series
- Qualcomm Snapdragon
- Microsoft SQ para Surface, que son Qualcomm Snapdragon co-diseñados con Microsoft.
- Samsung Exynos
- HiSilicon Kirin
- MediaTek Helio y Dimensity
- Intel para NUC o CULV
- AMD G, R-Series, etc.
- Google Tensor G-Series
- NVIDIA Tegra
- Otros
Todos ellos sin necesidad de tener un chipset…
