Northbridge (informática)

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En informática, un puente norte (también puente host o concentrador de controlador de memoria ) es un microchip que comprende la arquitectura del chipset lógico básico en las placas base para manejar tareas de alto rendimiento, especialmente para computadoras personales antiguas . Está conectado directamente a una CPU a través del bus frontal (FSB) y generalmente se usa junto con un puente sur más lento para administrar la comunicación entre la CPU y otras partes de la placa base. ^[1]

Históricamente, la separación de funciones entre los chips CPU, puente norte y puente sur era necesaria debido a la dificultad de integrar todos los componentes en un solo chip . ^[2] Sin embargo, a medida que las velocidades de la CPU aumentaron con el tiempo, surgió un cuello de botella debido a las limitaciones causadas por la transmisión de datos entre la CPU y su chipset de soporte. ^[3] La tendencia de los puentes norte integrados comenzó cerca del final de la década de 2000; por ejemplo, la GPU Nvidia GeForce 320M en la MacBook Air 2010 era un chip combinado puente norte/puente sur/GPU. ^[4]

En las PC más antiguas basadas en Intel, el puente norte también se denominaba concentrador de controlador de memoria externa o concentrador de controlador de gráficos y memoria si estaba equipado con gráficos integrados. Cada vez más, estas funciones se integraron en el propio chip de la CPU, ^[5] comenzando con los controladores de memoria y gráficos. Desde la década de 2010, la reducción de la matriz y la densidad mejorada de transistores han permitido una mayor integración del chipset, y las funciones realizadas por los puentes norte ahora se incorporan a otros componentes, como los puentes sur o las propias CPU. ^{[5] [6]}

Tanto Intel como AMD han lanzado chipsets en los que todas las funciones del puente norte se habían integrado en la CPU. ^[6] El puente sur correspondiente fue renombrado por Intel como el Hub del controlador de plataforma y por AMD como el hub del controlador Fusion . Las CPU AMD FX continuaron requiriendo chips de puente norte y puente sur externos. Los procesadores Intel Core modernos tienen el puente norte integrado en la matriz de la CPU, donde se lo conoce como uncore o agente del sistema .

El puente norte generalmente maneja las comunicaciones entre la CPU , en algunos casos la RAM y las tarjetas de video PCI Express (o AGP ), y el puente sur . ^{[7] [8]} Algunos puentes norte también contienen controladores de video integrados, también conocidos como concentrador de controlador de memoria y gráficos en los sistemas Intel. Debido a que los diferentes procesadores y RAM requieren diferentes señales, un puente norte determinado generalmente funcionará solo con una o dos clases de CPU y, generalmente, solo con un tipo de RAM.

Hay algunos chipsets que admiten dos tipos de RAM; por lo general, estos están disponibles cuando se produce un cambio hacia un nuevo estándar. Por ejemplo, el puente norte del chipset Nvidia nForce2 de 2002 solo funcionaba con procesadores Socket A combinados con DDR SDRAM .

El chipset Intel i875 sólo funcionará con sistemas que utilicen procesadores Pentium 4 o Celeron que tengan una velocidad de reloj superior a 1,3 GHz y utilicen DDR SDRAM, y el chipset Intel i915G sólo funciona con Intel Pentium 4 y Celeron, pero puede utilizar memoria DDR o DDR2 . ^{[ cita requerida ]}

Los chips Northbridge se encuentran más comúnmente en PC basados ​​en X86, pero también se pueden encontrar en otras plataformas, como la plataforma PowerPC . Un ejemplo común de un Northbridge en una plataforma PowerPC es en las computadoras antiguas basadas en PowerPC de Apple, como la iMac G5 , que utilizaba un chip Northbridge IBM CPC945. Según una nota de desarrollador de Apple, el chip Northbridge de la Power Mac G5 se conectaba a un "Mid Bridge", que a su vez se conectaba a un South Bridge. ^[9]

El nombre se deriva de dibujar la arquitectura a la manera de un mapa. La CPU estaría en la parte superior del mapa, comparable al norte exacto en la mayoría de los mapas geográficos de uso general. La CPU estaría conectada al chipset a través de un puente rápido (el puente norte) ubicado al norte de otros dispositivos del sistema, como se muestra en el dibujo. El puente norte se conectaría luego al resto del chipset a través de un puente lento (el puente sur) ubicado al sur de otros dispositivos del sistema, como se muestra en el dibujo.

El puente norte juega un papel importante en el grado en que se puede hacer overclocking a una computadora , ya que su frecuencia se usa comúnmente como una línea de base para que la CPU establezca su propia frecuencia operativa. Este chip generalmente se calienta más a medida que la velocidad del procesador se vuelve más rápida, lo que requiere más refrigeración. Hay un límite para el overclocking de la CPU, ya que los circuitos digitales están limitados por factores físicos como los tiempos de subida, caída, retardo y almacenamiento de los transistores , el producto de ancho de banda de ganancia de corriente, la capacitancia parásita y el retardo de propagación , que aumenta con (entre otros factores) la temperatura de operación ; en consecuencia, la mayoría de las aplicaciones de overclocking tienen límites impuestos por software en el multiplicador y la configuración del reloj externo. Además, el calor es un factor limitante importante, ya que se necesitan voltajes más altos para activar correctamente los transistores de efecto de campo dentro de las CPU y este voltaje más alto produce mayores cantidades de calor, lo que requiere mayores soluciones térmicas en la matriz.

La tendencia general en el diseño de procesadores ha sido la de integrar más funciones en menos componentes, lo que reduce el costo general de la placa base y mejora el rendimiento. El controlador de memoria , que maneja la comunicación entre la CPU y la RAM, fue trasladado a la matriz del procesador por AMD a partir de sus procesadores AMD K8 y por Intel con sus procesadores Nehalem . Una de las ventajas de tener el controlador de memoria integrado en la matriz de la CPU es reducir la latencia de la CPU a la memoria.

Algunos chips Northbridge admiten procesadores duales, por ejemplo, el controlador de memoria 5000X de Intel utilizado en la Mac Pro original de 2006.

Otro ejemplo de este tipo de cambio es el nForce3 de Nvidia para los sistemas AMD K8 . Combina todas las características de un southbridge normal con un puerto AGP ( Accelerated Graphics Port ) y se conecta directamente a la CPU. En las placas nForce4 se comercializó como un procesador de comunicaciones multimedia (MCP).

Los procesadores AMD Accelerated Processing Unit cuentan con una integración completa de las funciones de puente norte en el chip de la CPU, junto con los núcleos del procesador, el controlador de memoria, la interfaz PCI Express de alta velocidad (generalmente para tarjetas gráficas) y la unidad de procesamiento gráfico integrada ( iGPU ). Esta fue una evolución del AMD K8, ya que el controlador de memoria estaba integrado en la matriz de la CPU en el AMD64.

El puente norte fue reemplazado por el agente de sistema introducido por la microarquitectura Intel Sandy Bridge en 2011, que esencialmente maneja todas las funciones anteriores del puente norte. ^[10] Los procesadores Sandy Bridge de Intel cuentan con una integración completa de las funciones del puente norte en el chip de la CPU, junto con los núcleos del procesador, el controlador de memoria, la interfaz PCI Express de alta velocidad y la unidad de procesamiento gráfico (GPU) integrada. Esta fue una evolución adicional de la arquitectura Westmere, que también incluía una CPU y una GPU en el mismo paquete . ^[11]

Los procesadores AMD más recientes, a partir del Zen 2, han trasladado algunas funciones de E/S del chip de la CPU a un chip de E/S en el mismo encapsulado MCM que la CPU. Normalmente, este chip no se considera parte del puente norte, ya que está en el mismo encapsulado que la CPU, pero cumple algunas de las mismas funciones. ^[12]

• Motor de administración de Intel (ME)