主板北橋

主板北橋，即指主板上的“北橋芯片（NorthBridge）”，是主板芯片組中起主導作用的最重要的組成部分，也稱為主橋（HostBridge）。一般來説，芯片組的名稱就是以北橋芯片的名稱來命名的，北橋芯片負責與CPU的聯繫並控制內存、PCI-E數據在北橋內部傳輸，提供對CPU的類型和主頻、系統的前端總線頻率、內存的類型（SDRAM，DDR、DDR2、DDR3、以及RDRAM等等）和最大容量、AGP/PCI-E插槽、ECC糾錯等支持，整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。

北橋芯片在主板上的位置，一般比較靠近CPU，這主要是考慮到北橋芯片與處理器之間的通信最密切，為了提高通信性能而縮短傳輸距離。因為北橋芯片的數據處理量非常大，發熱量也越來越大，所以北橋芯片都覆蓋着散熱片用來加強北橋芯片的散熱，有些主板的北橋芯片還會配合風扇進行散熱。因為北橋芯片的主要功能是控制內存，而內存標準與處理器一樣變化比較頻繁，所以不同芯片組中北橋芯片是肯定不同的，當然這並不是説所採用的內存技術就完全不一樣，而是不同的芯片組北橋芯片間肯定在一些地方有差別。

AMD從 K8核心的CPU以後，包括最新的速龍、 羿龍和工作站的皓龍，將內存控制器集成在了CPU內部，所以AMD的芯片組的北橋芯片變得簡化多了，甚至還能採用單芯片芯片組結構。此外，Intel最新的Core i系列，也採用了將內存控制器結成於CPU內部的做法，這也許將是一種大趨勢，北橋芯片的功能會逐漸單一化，為了簡化主板結構、提高主板的集成度，也許以後主流的芯片組很有可能變成南北橋合一的單芯片形式（事實上SIS老早就發佈了不少單芯片芯片組）。

由於每一款芯片組產品就對應一款相應的北橋芯片，所以北橋芯片的數量非常多。針對不同的平台，主流的北橋芯片有以下產品（不包括較老的產品而且只對用户最多的英特爾芯片組作較詳細的説明）。

南北橋結構是歷史悠久而且相當流行的主板芯片組架構。 採用南北橋結構的主板上都有兩個面積比較大的芯片，靠近CPU的為北橋芯片，主要負責控制AGP顯卡、內存與CPU之間的數據交換；靠近PCI槽的為南橋芯片，主要負責軟驅、硬盤、鍵盤以及附加卡的數據交換。

傳統的南北橋結構是通過PCI總線來連接的，常用的PCI總線是33.3MHz工作頻率，32bit傳輸位寬，所以理論最高數據傳輸率僅為133MB/s。

由於PCI總線的共享性，當子系統及其它周邊設備傳輸速率不斷提高以後，主板南北橋之間偏低的數據傳輸率就逐漸成為影響系統整體性能發揮的瓶頸。因此，從英特爾i810開始，芯片組廠商都開始尋求一種能夠提高南北橋連接帶寬的解決方案。 ^[1] 

南橋芯片（South Bridge）是主板芯片組的重要組成部分，一般位於主板上離CPU插槽較遠的下方，PCI插槽的附近，這種佈局是考慮到它所連接的I/O總線較多，離處理器遠一點有利於佈線。相對於北橋芯片來説，其數據處理量並不算大，所以南橋芯片一般都沒有覆蓋散熱片。南橋芯片不與處理器直接相連，而是通過一定的方式（不同廠商各種芯片組有所不同，例如英特爾的英特爾Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）與北橋芯片相連。

南橋芯片負責I/O總線之間的通信，如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實時時鐘控制器、高級電源管理等,北橋負責CPU和內存、顯卡之間的數據交換,南橋負責CPU和PCI總線以及外部設備的數據交換 。

南北橋結構是歷史悠久而且相當流行的主板芯片組架構。採用南北橋結構的主板上都有兩個面積比較大的芯片，靠近CPU的為北橋芯片，主要負責控制AGP顯卡、內存與CPU之間的數據交換；靠近PCI槽的為南橋芯片，主要負責軟驅、硬盤、鍵盤以及附加卡的數據交換。

北橋芯片是主板上離CPU最近的一塊芯片，負責與CPU的聯繫並控制內存，作用是在處理器與PCI總線、DRAM、AGP和L2高速緩存之間建立通信接口。北橋芯片提供對CPU類型，主頻，內存的類型，內存的最大容量，PCI/AGP/PCI-E插槽等設備的支持。北橋起到的作用非常明顯，在電腦中起着主導的作用，所以人們習慣的稱為主橋（Host Bridge）。

南橋芯片提供對鍵盤控制器，USB（通用串行總線），實時時鐘控制器，數據傳送方式和高級電源管理等的支持，速度相對於北橋來説沒有那麼高。

英特爾：845系列芯片組的82845E/82845GL/82845G/82845GV/82845GE/82845PE，除82845GL以外都支持533MHz FSB（82845GL只支持400MHz FSB），支持內存方面，所有845系列北橋都支持最大2GB內存。82845GL/82845E支持DDR 266，其餘都支持DDR 333。

除82845GL/82845GV之外都支持AGP 4X規範；865系列芯片組的82865P/82865G/82865PE/82865GV/82848P，除82865P之外都支持800MHz FSB，DDR 400（82865P只支持533MHz FSB，DDR 333，除82848P之外都支持雙通道內存以及最大4GB內存容量（82848P只支持單通道最大2GB內存），除82865GV之外都支持AGP 8X規範；還有最高端的875系列的82875P北橋，支持800MHz FSB，4GB雙通道DDR 400以及PAT功能。英特爾的芯片組或北橋芯片名稱中帶有“G”字樣的還整合了圖形核心。

NVIDIA：最新推出的MCP73集成的顯示核心是最好的集成顯示核心。

SIS：主要有支持DDR SDRAM內存的SIS648/SIS648FX/SIS655/SIS655FX/SIS655TX以及整合了圖形核心的SIS661FX，還有支持RDRAM內存的SISR659等等。

VIA：主要有比較新的PT800/PT880/PM800/PM880以及較早期的P4X400/P4X333/P4X266/P4X266A/P4X266E/P4M266等等，其中，VIA芯片組名稱或北橋名稱中帶有“M”字樣的還整合了圖形核心（英特爾平台和AMD平台都如此）。

Ali ：離開芯片組市場多年，產品不多，主要是比較新的M1681和M1683。

VIA：主要有支持K7系列CPU（Athlon/Duron/Athlon XP）的比較新的KT880/KT600/KT400A以及較早期的KT400/KM400/KT333/KT266A/KT266/KT133/KT133A等等。支持K8系列CPU（Opteron/Athlon 64/Athlon 64 FX ）的有K8T800和K8M800。

NVIDIA：主要有支持K7系列CPU的nForce2 IGP/SPP，nForce2 Ultra 400，nForce2 400以及支持K8系列CPU的nForce3 150和nForce3 250等等。

SIS：主要有支持K7系列CPU的SIS748/SIS746/SIS746FX/SIS745/SIS741/SIS741GX/SIS740/SIS735，以及支持k8系列CPU的SIS755/SIS755FX/SIS760等等。

ALi：離開芯片組市場多年，產品不多，主要有支持K8系列CPU的M1687和M1689。

對於熱愛超頻的用户來説，主板上附帶的那些散熱器，是很難滿足他們的需求。當給CPU、內存超頻，給北橋增加電壓後，北橋芯片的發熱量會劇增，這就需要一個更優秀的散熱解決方案。正因為如此，第三方北橋散熱器也紛紛面世，一時間是百花齊放。

從市場上的北橋散熱器特點來看，主要分為三類：

所謂風槽式，是指鰭片與吸熱底面垂直相連，空氣由頂部進入，側面流出（吹風），或由側面流入，頂部抽出（吸風）。空氣由鰭片與吸熱底形成的槽道中通過，且其間流動方向會發生變化，這是最經典的傳統散熱結構。很多北橋散熱器使用了這種傳統結構，並且無風扇的被動散熱方式。

這類產品主要應用於原來沒有預裝散熱器的北橋上，或者原來的散熱器過小。代表作為ZALMAN的幾款北橋散熱器，如ZM-NB47J。這類散熱器很難服伺好日益發燒的北橋，必須考慮給它們加上主動散熱的風扇。這些散熱器最大的特點就是價格低廉，與主板的適應能力強。

這類產品是絕對主流，以超頻三的花無缺/小魚兒為代表，採用傳統的散熱方式。

散熱底座配上小尺寸的風扇，散熱底座或銅或鋁，基本上是早期CPU散熱器的縮小版，體積較小，便於安裝，價格便宜，實用性強。

鰭片與吸熱底可以採用多種方式連接，包括一體成形、直接連接，或者通過熱管等手段間接連接。

其相對位置可以平行、垂直，或者置於與吸熱底有相當距離的位置。

這類散熱器的共同點就是：空氣由一側進入平行排列的鰭片所構成的風道，流過鰭片間的空隙，並與之進行熱交換，再由另一側排出，稱為“風道式”。

當魁梧的Tower流風道式熱管散熱器成為高端CPU散熱器代言人後，廠商們不失時機的將它們引到北橋散熱器陣營中，中高端的北橋散熱器無一不是採用這樣的結構，以Thermalright HR-05系列為代表。這些Tower流北橋散熱器可以被動式靜音工作，也可以輔以風扇主動散熱器獲得更優秀的性能。性能出色是它們立足之地，當然，體積較大，安裝容易發生衝突，價格較高，是它們競爭上的短處。 ^[2] 

主板在北橋芯片附近都預留有安裝孔位，也有少數主板是掛勾式設計，掛勾式又分為掛勾在左上右下和右上左下兩種方式，這就要求北橋散熱器在安裝上要兼顧各類主板不同的設計。

基本上第三方北橋散熱器都支持插孔式和掛勾式北橋芯片，也有少數幾款僅支持插孔式北橋芯片。大部分插孔式的扣具採用了滑動式設計，以滿足不同主板上北橋芯片的孔距，少數沒有使用滑動設計的如Thermalright HR-05也提供了幾種尺寸規格的扣具。

對於插孔式的扣具，多數散熱器是採用彈簧式的塑料插銷，這樣結構的插銷安裝方便，不足的是壓力不夠，對散熱有一定影響，少數採用螺絲方式固定，安裝上稍難，但可以保證足夠強的壓力以減少散熱器與核心的接觸熱阻，如Thermaltake的ExtremeSpirit II。

2007年12月22日消息，英特爾才推出45納米Penryn世代處理器，但已着手進行下一世代45納米Nehalem處理器研發工作。

據行內人士指出，英特爾09年上半年推出的新處理器將進行結構上的大改革，電腦核心將由現行的中央處理器/北橋/南橋等三顆芯片，轉變為中央處理器/南橋等二顆芯片，許多北橋芯片或圖形芯片的功能將內建至處理器中，英特爾此舉意在對抗AMD即將推出的Fusion整合型處理器，但NVIDIA及矽統等獨立芯片組供應商市場則被壓縮。英特爾新世代Nehalem處理器已有了新規劃，2008年第四季推出首款核心代號為Bloomfield的45納米高階四核心處理器，並支援三通道DDR3記憶體規模，北橋芯片代號為Tylersburg，南橋芯片則以支援Penryn世代的ICH10為主，仍維持三顆芯片的電腦核心架構。

不過同為Nehalem世代的主流市場台式與筆記本電腦用的四核心、雙核心處理器，則將走向大整合之路。據瞭解，英特爾09年上半年將推出核心代號為Lynnfield的45納米台式四核心處理器、核心代號為Clarksfield的45納米筆記本四核心處理器，支援雙通道DDR3規格，但北橋芯片大部份功能則直接內建在CPU之中，南橋芯片則會推出代號核心為Ibexpeak的新芯片，以平台控制集PCH（PlatformControllerHub）方式直接與CPU進行連結，改變現行南橋芯片是透過北橋芯片與CPU互連的結構。

此外，Nehalem世代的雙核心處理器也有更多改變，英特爾09年上半年推出核心代號為Havendale的45納米台式雙核心處理器、核心代號為Auburndale的45納米筆記本雙核心處理器，更大的改變則是利用多芯片系統封裝（Multi-ChipPackage）方式，將北橋芯片及繪圖芯片功能直接整合在CPU之中，南橋芯片則以Ibexpeak為主進行周邊設備連結，包括USB、ealATA、PCIExpress等功能。

業內人士表示，英特爾將核心芯片由三顆變成二顆，就是針對AMD的整合型處理器Fusion而來，但就電腦成本結構及設計來看，二顆芯片也可縮短產品設計週期，同時有助於降低生產成本。至於英特爾的獨立第三方（thirdparty）芯片組供應商如NVIDIA及矽統等，屆時將面臨芯片組市場被英特爾吸收的窘境，而且從英特爾技術藍圖看起來，獨立芯片組供應商的市場空間將就此劃下句點。 ^[3] 

而Intel發佈了Lynnfield Core i5/i7，搭配5系列主板，如上圖右所示：它的工作方式比起Core i7+X58來得更精簡，最主要原因是Lynnfield不單單把內存控制器集成在CPU裏，甚至把PCI-E控制器也集成了，簡單來説，以往主板北橋芯片組的大部分功能都集成到CPU裏（北橋被CPU吃掉了，呵呵），因此之後的5系列主板也就沒有了南北橋了，5系列主板芯片組可以看成是以往南橋芯片組的加強版，CPU與主板芯片採用DMI總線進行通信。

Core i7的Nehalem架構最大的改進在前端總線（FSB）上，傳統的並行傳輸方式被徹底廢棄，轉而採用類似於PCI Express串行點對點傳輸技術的通用系統接口（CSI），Intel稱之為QuickPath Interconnect（QPI）總線技術。QPI的傳輸速率為6.4GT/s，這樣一條QPI總線的帶寬就能達到25.6GB/s（6.4GT/s x 2 Byte/T x 2 = 25.6GB/s）。而傳統的FSB 1600MHz（換算成傳輸速率是1.6GT/s），其帶寬為12.8GB/s（FSB 1600MHz x 8 Byte/T = 12.8GB/s）。

可以看到，QPI總線的傳輸速率是FSB 1600MHz的4倍多，雖然前者數據位寬較窄，但傳輸帶寬仍然是後者的2倍。更高帶寬的DDR3內存加上三通道技術的引入，FSB的傳輸帶寬已經完全不能滿足要求，成為系統瓶頸，因此全新的QPI總線引入勢在必行。通過QPI總線，可以有效地降低了處理器和各個硬件之間數據傳輸的延遲，能有效地提高系統性能。

QPI總線可以用於CPU內部通訊，也可以用於CPU與主板北橋芯片組通訊，而Bloomfield Core i7正是利用QPI作為CPU內部通信以及CPU與北橋通信的通道，從上圖也可以看到這點。但Lynnfield Core i5/i7，與主板芯片組通訊的是DMI（Direct Media Interface）總線，而DMI總線只有2GB/s的帶寬，比QPI小得多，難道Lynnfield作了精簡？

事實並非這樣，前面也提到，Lynnfield Core i5/i7其實是把北橋也集成到CPU上，其內部仍是採用QPI總線來通訊，而外部與主板芯片組通訊，其實就是以往主板上南橋與北橋通訊，採用的是DMI總線。因此不能説Lynnfield Core i5/i7是精簡了，只是集成度更高而已。 ^[4] 

一個主板上最重要的部分可以説就是主板的芯片組了，主板的芯片組一般由北橋芯片和南橋芯片組成，兩者共同組成主板的芯片組。北橋芯片主要負責實現與CPU、內存、AGP接口之間的數據傳輸，同時還通過特定的數據通道和南橋芯片相連接。北橋芯片的封裝模式最初使用BGA封裝模式，到Intel的北橋芯片已經轉變為FC-PGA封裝模式，不過為AMD處理器設計的主板北橋芯片到依然還使用傳統的BGA封裝。

相比北橋芯片來講，南橋芯片主要負責和IDE設備、PCI設備、聲音設備、網絡設備以及其他的I/O設備的溝通，南橋芯片還只能見到傳統的BGA封裝模式一種。另外，除了傳統的南北橋芯片的分類方法外，還能夠見到一體化的設計方案，這種方案經常在SiS的芯片組上見到，將南北橋芯片合為一塊芯片，這種設計方案有着獨到之處，不過到還沒有廣泛的推廣開來。