主板上還剩啥？CPU整合GPU/北橋/南橋

    泡泡網主板頻道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，其中北橋負責與處理器對接，主要功能包括：內存控制器、PCI-E控制器、集成顯卡、前/后端總線等，都是速度較快的模塊；而南橋則負責外圍周邊功能，速度較慢，主要包括：磁盤控制器、網絡端口、擴展卡槽、音頻模塊、I/O接口等等。

傳統的南北橋芯片組功能示意圖

    Intel與AMD的新一代處理器，已經將傳統北橋的大部分功能都整合在了CPU內部，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等芯片組其實就是一顆南橋。

現在北橋已被整合在了CPU內部

    而現在，AMD打算在未來的APU處理器當中，除了北橋外將南橋也完全整合進去，如此一來，與之搭配的主板上將不會再有芯片組，只是一塊堆滿接口和插槽的擴展輸出板子而已。

    目前市場上熱賣的Core i3 5XX和Core i5 6XX處理器就是基于Clarkdale核心的產品，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兩個部分，CPU部分使用了新一代32nm工藝制造，是雙核心四線程設計；GPU部分就是傳統意義上的北橋，為45nm工藝制造，內含雙通道DDR3內存控制器、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部分是各自獨立的，微觀上通過QPI總線相連，宏觀上被封裝在了一起，接口是與Lynnfield相同的LGA1156。整體上來看Clarkdale不僅整合了內存控制器和PCI-E控制器，還整合了顯示核心，看似更加先進。

    實際上，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，本質上并沒有整合任何東西（包括顯卡和內存控制器）。但是與之搭配的H55芯片組，確實只剩下了一顆南橋。北橋的發熱量遠高于南橋，由于北橋位于處理器上面，因此用戶再也不用擔心主板的散熱問題了。

    目前市面上熱賣的Core i7 8XX和Core i5 7XX處理器，就是基于Lynnfield核心的產品，這是真正意義上整合了北橋的處理器。

    也就是說，Lynnfield內部還是整合了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，其實沒有任何關系，因為QPI的唯一用途就是連接北橋，內存走的是直連通道已經不經過QPI總線了，因此超頻QPI不會有什么性能提升。

P55芯片組示意圖

    P55是單芯片設計的芯片組，其本質上就是一顆南橋，功能和ICH10R沒有太大區別，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，此時如果用戶有需要使用高速的擴展設備（比如USB3.0擴展卡）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當中的多條PCI-E 1.0通道組合起來使用，這種方法讓主板成本增加不少。

    Lynnfield核心不但整合了內存控制器、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，但本質上它并沒有做到CPU和GPU的融合，競爭對手AMD認為Intel這種方式其實是“膠水”整合，他們自己的APU才是真正意義上的“融合”。

    Lynnfield雖然確實整合了北橋，但它在整合時并沒有包括顯卡。而Intel全新的Sandybridge處理器，則集眾多先進技術與一身，在Lynnfield核心的基礎上，加入了新一代核心顯卡，架構方面也有所微調。這是第一款真正意義上整合了北橋+顯卡的處理器。

    毫無疑問，SandyBridge相對于上代的Clarkdale來說，最大的改進就是將GPU部分真正融入了CPU核心內部，這樣GPU部分也使用了先進的32nm工藝，并且可以充分利用CPU部分的大容量三級緩存以及低延遲的內存控制器，共享內存帶寬，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真正無縫整合在一起之外，Intel還對CPU與GPU兩大處理器核心分別做了優化與改進，獲得更高的指令執行效率，此外整合內存控制器相比上代產品帶寬將更高、延遲會更低，而且CPU的三級緩存也可以被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是業界首次整合了內存控制器的處理器，但在此后很長一段時間內，AMD在整合方面并沒有太多的作為，其配套芯片組產品一直都是北橋和南橋分離式設計，北橋內部只有PCI-E控制器和整合顯卡。

    就在Intel發布SandyBridge的同時，AMD也正式發布了傳聞已久的Fusion APU處理器，將CPU和GPU無縫融合在了一起。但首批發布的產品定位比較低端，CPU僅為雙核、GPU的規格也比較低、而且還不支持PCI-E擴展外接顯卡，整合程度遠不如SandyBridge。

    這款微控智能ITX-AF2S1A主板采用Nano-ITX規格，集成了一顆AMD Zacate處理器，頻率為1.6GHz，同時還集成了HD 6310 GPU，支持UVD 3.0解碼技術、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。

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、工控機、HTPC等對配置要求不高的領域，CPU和GPU的性能基本夠用，南橋功能全面，無需額外的擴展插槽。因此并沒有整合太多高速總線和功能模塊。

    AMD有很多款針對不同領域的APU產品，此前已經發布的APU定位較低，列都是雙核CPU搭配入門GPU的配置。而到了今年中，AMD將會陸續發布定位中高端的APU，將會是四核CPU搭配中端GPU的配置，相信可以滿足絕大多數用戶的需要。

    AMD已經發布的APU家族名稱為“Brazos”的E系列和C系列處理器，前者代號為“Zacate”，最高功耗為18W TDP，主要針對筆記本或入門臺式機，后者代號為“Ontario”，最高功耗僅9W TDP ，則針對高畫質上網本、HTPC或嵌入式平臺市場。
 
    同時，AMD也會于上半年推出代號為Llano的A系列APU處理器，將會內建更多數目的核心，并內建更高規格的繪圖核心，其中據AMD表示，A系列擁有 500GFLOP/s 或以上的平衡運算能力，預期年中將會正式發布并針對主流級市場。

    除此之外，AMD表示下半年將會分別針對高階市場、主流級桌上型平臺市場和行動計算機市場推出如“Dorado”、“Lynx”、“Scorpius”、“Danube”和“Sabine”等系列產品。 2012 年將會針對推出“Komodo”、“Trininty”、“Krishna”和“Wichita”等系列，除了核心數目進一步增加外，其中，更提及到“Krishna”將會把南橋芯片的功能整合到APU內，加上采用28nm制程，令該系列芯片面積進一步減少，同時有效縮小設計空間。

    這樣的設計將非常適合嵌入式平臺，AMD將首次把64bit、DX11顯卡引入該領域，顯示輸出方面不但支持雙頭輸出，而且還能提供一個LVDS接口直接連接到液晶面板，在保證超高集成度的同時提供了強大的功能，AMD的這一舉動滿足了嵌入式平臺愈來愈高性能需求的用途，同時亦能有效降低放置空間要求。■<