Actualizado a: 22 de enero de 2024
El chipset es algo que hoy día sigue estando muy presente cuando se habla de placas base. Sin embargo, realmente ya no es un conjunto de chips. Aquí te explicamos los motivos por los que se ha simplificado, qué es, cuáles son sus funciones, y mucho más…
¿Qué es un chipset?
En un ordenador, un conjunto de chips o chipset se compone de uno o más circuitos integrados y que actúan como un sistema de gestión del flujo de información en la placa base, enlazando o posibilitando la comunicación entre las distintas partes, como la CPU, la GPU, la memoria RAM, los periféricos conectados al E/S, etc.
Debido a que controla este flujo de información, el ancho de banda de enlace y la velocidad de transmisión juegan un papel crucial en el rendimiento del sistema en general. Por este motivo, es importante también tener presente a este chipset a la hora de elegir placa base. Y no solo por motivos de compatibilidad.
Un poco de historia
Los chipsets vienen de la época de los IBM PC AT de 1984, cuando se introdujo el primer chipset denominado NEAT y que fue desarrollado por Chips and Technologies para el Intel 80286. Antes de esto, no existían estos conjuntos de chips, sino que cada elemento tenía un controlador. De hecho, el término solía usarse antes de esto para hacer referencia a los chips de audio y gráficos de estos sistemas.
Sin embargo, cuando comenzaron a haber más y más fabricantes de periféricos y componentes, cada uno con sus propios controladores, se hizo necesario estandarizar todo esto y permitir que estos elementos se pudieran comunicar mediante un sistema centralizado.
En los equipos x86, el término chipset se usaba para denominar a dos chips importantes de la placa base, como eran el northbridge (puente norte) y el southbridge (puente sur), de los que hablaremos más adelante.
Antes existían gran cantidad de fabricantes de chipsets, como ATI, Intel, NVIDIA, VIA Technologies, ALi, SIS, VLSI Technology, Chips and Technologies, etc. Actualmente, la cantidad de fabricantes se ha reducido bastante cuando el northbridge se ha integrado dentro del propio procesador, y ahora puedes encontrarlos de AMD, Intel, VIA Technologies y Zhaoxin en el mundo x86.
En otras arquitecturas fuera del x86 también hubo chipsets, como los de VLSI Tecnology para los Apple Power Macintosh que usaban procesadores Motorola 68k. Lo mismo pasaría con otras arquitecturas… No obstante, los chipsets no están presentes en todas, ya que en casos como los embebidos o arquitecturas muy limitadas, no suele haberlos o suelen estar integrados dentro del SoC, como en el caso de los dispositivos móviles, etc.
Más información: ¿Por qué Apple no usa chipset?
¿Qué es el northbridge?
El puente norte o northbridge, también denominado en ocasiones como host o hub de memoria, es uno de los dos chips del chipset de la placa base para PC, y es el más importante y complejo de los dos.
Él se conecta directamente con la CPU a través del FSB o similares, y con el southbridge, que es un chip más lento para administrar la comunicación entre la CPU y otras partes o periféricos, pasando a través del northbridge antes de llegar a la CPU.
Hay que destacar también que en los equipos más antiguos de Intel, el northbridge también se denominaba MCH (Memory Controller Hub) o GMCH (Graphics Memory Controller Hub), siendo el GMCH cuando integraba la GPU dentro de este chip en las placas base de gama más baja.
En el caso de los northbridge sin GPU integrada, no solo estaba conectado directamente con la CPU, también con la memoria RAM y con el slot de expansión para la tarjeta gráfica (AGP o PCIe), y el southbridge. Es decir, cuando alguno de estos elementos citados necesitaban comunicarse con la CPU o la CPU con ellos, se hacía a través del northbridge.
Debido a que el northbridge tiene que comunicarse con la CPU y con la memoria RAM, y ada la variedad de estos dos dispositivos, generalmente se diseñaban para soportar solo unos pocos modelos de CPU y un tipo de RAM. Por eso el chipset determinará la compatibilidad de los elementos que puedes usar en tu placa base.
Si sientes curiosidad por el nombre, hay que decir que viene de que la arquitectura se solía dibujar como un mapa, y como el northbridge se situaba más arriba en la placa base, se denominó así, mientras que el southbridge situado más abajo se decidió poner ese otro nombre.
Es importante señalar también que el northbridge juega un papel muy importante a la hora de overclockear. Su frecuencia de bus se usa como base para la CPU, que tendrá unos multiplicadores y unos divisores para multiplicar la frecuencia de reloj de este bus al entrar en la CPU y los divide al salir de ésta. Es decir, es como si te imaginaras que el bus es una autovía y los multiplicadores son los carriles de aceleración para incorporarse y los divisores los carriles de desaceleración para salir.
Dicho esto, si se acelera la velocidad del bus que conecta el northbridge con la CPU, también se está acelerando la CPU. Por ejemplo, imagina que tenemos un FSB de 200 Mhz que conecta la CPU y el northbridge, y que la CPU tiene un multiplicador de x4. Esto quiere decir que la CPU trabaja a 800 Mhz. Si subimos la velocidad del bus a 233 Mhz, entonces obtendremos una aceleración de 932 Mhz.
¿Por qué se ha integrado dentro de la CPU?
Históricamente las funciones del chipset y la CPU se mantenían separadas debido a que ambos eran chips complejos y unificarlos en un solo chip monolítico podía suponer dificultades. Pero, a medida que fueron avanzando los nodos de fabricación, ahora es posible absorber ese northbridge por la CPU, como sucede en los actuales sistemas, que están dentro para mejorar el rendimiento y permitir la comunicación directa entre la CPU y componentes clave como la memoria RAM o las líneas PCIe.
Al integrar el northbirdge en la CPU, ahora el otro chip del conjunto de chips también está fabricado por la misma empresa, ya que tiene que ser compatible con éste. Por eso Intel se diseña sus propios chipsets y AMD los suyos, ya no hay terceros como antes, que fabricaban el northbirdge y southbridge.
Con la integración del northbridge se solucionaron algunos cuellos de botella importantes cuando la CPU debía comunicarse con otras interfaces. De hecho, primero se pasó a integrar la MMU o controlador de memoria dentro de la CPU (lo hizo primero el AMD Athlon64) y así que hubiera comunicación directa entre CPU y memoria RAM, pero luego se optó por integrar la totalidad del northbridge para también tener conexión directa con el bus de la GPU.
Nota: con la llegada de la arquitectura Zen 2 de AMD, se han movido algunas funciones de E/S de la matriz de la CPU a un chip independiente en el mismo empaquetado (MCM o chiplet) que se denomina cIO. Incluso en los Zen 4 se ha integrado también la iGPU dentro del chip IO. Lo mismo pasará con los Intel que comiencen a usar el formato chiplet, siguiendo los pasos de AMD…
¿Qué es el southbridge?
Por otro lado, el otro chip que compone el conjunto de chips o chipset es el southbridge o puente sur. Este chip suele ser menos complejo y más pequeño que el puente norte, además de más lento. Generalmente, el southbridge no necesitaba refrigeración o como mucho un disipador. En cambio, el northbridge sí que se necesitaba un disipador de mayor tamaño e incluso refrigeración activa con un ventilador en algunos casos.
El southbridge se encarga de otras muchas funciones de E/S y se enlaza directamente con el northbridge. Por ejemplo, era el chip encarcado de la comunicación con la interfaz SATA y PATA, USB, con la tarjeta de sonido, BIOS, y con otros buses de baja velocidad, como podía ser el PCI, ISA, SMBus, SPI, controlador DMA, etc., e incluso otros elementos como el RTC, el PIT, el controlador ACPI o APM, adaptadores de red integrados, y el BIOS.
Para enlazar el northbridge y el southbridge se han usado difernetes interfaces de bus a lo larog de la historia. Desde 1990 hasta principios de 2000, solía ser un bus PCI el que enlazaba ambos chips, mientras que en la actualidad se han sustituido por otras interfaces más rápidas, como la Intel Ultra Path Interconnect (UPI) o la PCI Express en el caso de AMD.
Intel en ocasiones llama a su southbridge como ICH (I/O Controller Hub).
¿Por qué ha desaparecido?
Realmente no ha desaparecido, de hecho, es el chip que sigue estando presente en la mayoría de placas base actuales, aunque ahora reciba un nombre diferente. Ya no verás la referencia de southbridge, ya que al desaparecer el northbridge, carece de sentido denominarlo así.
Pero cuando AMD integró el controlador de memoria en su Athlon64 en 2003, e Intel hizo lo mismo en su Core de 2008 con plataforma X58, el northbridge dejó de tener sentido. Más tarde la totalidad o casi la totalidad de las funciones del northbridge se integrarían en la CPU, incluidas las interfaces PCIe para la tarjeta gráfica y demás. Algunas de las funciones del northbridge (no absorbidas por la CPU) y todas las del southbridge se unificaron en un solo chip, que es lo que actualmente tenemos.
¿Qué es el PCH o FCH?
Cuando se integró el northbridge en la CPU y solo hubo un solo chip, Intel comenzó a llamar a este chip PCH (Platform Controller Hub) a partir de 2009, mientras que AMD lo llamaría en un inicio FCH (Fusion Controller Hub), aunque ese nombre dejaría de usarse tras el lanzamiento de la microarquitectura AMD Zen. De hecho, Intel también ha dejado en un segundo plano su término PCH, ya que se sigue conociendo popularmente como chipset.
El PCH de Intel controlaba ciertas rutas de datos y funciones, como el reloj del sistema, la FDI, el DMI, y funciones E/S que antes hacía el southbridge. En el caso del FCH, era también como un southbridge mejorado. Además, hay que decir que la interfaz que unía este chip FCH con la CPU era un bus denominado UMI (Unified Media Interface), similar al Intel DMI (Direct Media Interface).
Estos nuevos elementos abordaban eventualmente el problema del cuello de botella que había con los chipsets tradicionales. Y es que, al integrar por completo el controlador de memoria, los carriles PCIe, etc., en la misma matriz de la CPU, se consigue un rendimiento superior, ya que se realiza una conexión más directa. Especialmente porque la interfaz de conexión con estas nuevas funciones integradas y el exterior se hace de forma más rápida. Además, de liberar gran parte del ancho de banda que se destinaba a la comunicación con el chipset convencional.
No obstante, no todas las funciones del northbridge han sido absorbidas por la CPU, como es el caso del reloj. La frecuencia de reloj sigue estando en este chip independiente.
También hay que decir que en el caso del PCH de Intel, existen dos interfaces de comunicación con la CPU, como el FDI (Flexible Display Interface) y DMI (Direct Media Interface). Mientras el FDI se usaba solo cuando se usaba un chip con iGPU o gráficos integrados, el DMI se usaba cuando no había una iGPU. En el caso de AMD, emplea directamente carriles PCIe para su comunicación.
Intel ya no suele emplear tanto el término PCH, y AMD abandonaría el FCH en 2017. Actualmente se suelen referir a estos chips simplemente como chipset, a pesar de que siguen siendo uno solo.
Existen algunas variantes como el SCH (System Controller Hub), que fue usado como chipsets para los Intel Atom, aunque es como la Intel Hub Architecture tradicional, solo que combinando el northbirdge y southbridge en un solo chip.
El futuro: ¿FPGA?
Intel hizo un movimiento hace unos años cuando compró la empresa Altera especializada en FPGA que no le extrañó a nadie. Después, AMD haría lo mismo comprando Xilinx, otra de las grandes en el mundo de los FPGA. ¿Para qué tanto interés con estos chips configurables? Pues bien, a parte de para usar las tecnologías licenciadas por estas empresas para aceleradores especialmente pensados para HPC, también podrían tener otras aplicaciones interesantes dentro del mundo del PC.
Gracias a que en un FPGA se puede implementar cualquier circuito, desde memoria, hasta lógica, como puede ser una CPU, una GPU e incluso integrar funciones de controladores como las del chipset, estos chips pueden tener muchas aplicaciones. Y, al ser totalmente programables, se podría modificar su diseño sin necesidad de sustituir estos chips por otros. Imagina sustituir el chipset convencional por un FPGA en tu placa base…
Por ejemplo, con una actualización se podría agregar nuevas funciones o el soporte para nuevas interfaces, como podría ser actualizar de USB 3.2 a USB4, o soporte para nuevos estándares de memoria RAM o otros modelos de CPU que actualmente no están soportados por la placa base. Esta flexibilidad podría tener gran cantidad de ventajas. Incluso se podrían hacer chipsets personalizados, dejando que sea el fabricante de la placa base el que elija qué es lo que necesita.
Actualmente, algunos fabricantes están haciendo cosas interesantes al respecto. Por ejemplo, ASRock ha diseñado una tarjeta de expansión que se podría insertar en una ranura de sus placas base para convertir una placa base con chipset B650 de gama baja en una placa base con chipset X670 de gama alta. Una ventaja que permitiría mayor flexibilidad aún usando chips ASIC. ¿Seguirán sus mismos pasos otros? Veremos, pero desde luego que ha sentado un precedente muy interesante…
Como sabes, actualmente estos chipsets de Intel, AMD, etc., no se pueden reconfigurar. Están fabricados solo para hacer las funciones para las que fueron diseñadas. Es más, si existe un problema grave que no se puede solucionar mediante parches del firmware, no habría mucho que hacer. Sin embargo, con un FPGA todo sería diferente, pudiendolo mejorar en cualquier momento de forma sencilla.
Imagina incluso que pudieras elegir entre tener una tarjeta de sonido o iGPU integrada en el FPGA o no, e incluso otras unidades como los aceleradores para IA, etc. Por ejemplo, puede que un usuario que quiera usar aplicaciones de IA podría agregarlo, mientras que otro usuario que no le interese esa función podría prescindir de ella. Serían grandes ventajas. No habría que cambiar los chips de la placa base para agregar nuevas funciones, desactivar otras que no interesen o migrar desde sistemas heredados a otros nuevos.
Para poder agregar unidades, simplemente se podría hacer uso de un software que permita programar estos FPGAs de la placa base e ir agregando núcleos IP que se necesiten para cada uno, optimizando así la placa base para que se adapte mejor a tus necesidades.
Incluso imagina que pudieras tener soporte para tecnologías antiguas que han dejado de tener soporte. Por ejemplo, si tienes un periférico RS232, CAN, etc., podrías agregar este soporte, lo que también daría mayor margen de posibles tarjetas de expansión y periféricos para los fabricantes.
En definitiva, tener funciones y soporte E/S configurable gracias a la flexibilidad del FPGA. Ahora, si un chipset tiene funciones que no quieres o le faltan algunas que sí quieres, te tienes que conformar con ello…
Por otro lado, también se podría conseguir que los propios usuarios pudieran agregar sus propias soluciones si saben cómo programar el FPGA. Las posibilidades serían infinitas…
No obstante, esto también tendría sus inconvenientes, no todo serían ventajas. Entre los posibles problemas que podría traer:
- Un ASIC tendría un precio más barato por lo general que un FPGA.
- El rendimiento de una ASIC sería superior a un FPGA, ya que no es lo mismo una matriz en la que se puede implementar cualquier circuto que un circuito integrado específico.
- El ASIC alcanza niveles de eficiencia energética superiores, ya que no tiene que solo se trata del circuito imprescindible para el funcionamiento, ni más ni menos.
- Permitir perspicacias que comprometerían la seguridad, ya que se podrían implementar funciones ocultas en estos FPGAs y que podrían realizar funciones desconocidas y transparentes para el usuario.
Para finalizar, decir que un ASIC tampoco está totalmetne libre de tener vulnerabilidades que afecten a la seguridad o de posibles funciones ocultas. Todos hemos visto lo que ha ocurrido con las funciones de Intel como su tecnología AMT, o de gestión remota, que permitía explotar una vulnerabilidad por parte de terceros para acciones indeseadas…
