南桥和北桥-主板芯片组发展史

转自https://baijiahao.baidu.com/s?id=1636848759349227507&wfr=spider&for=pc
芯片组无疑是主板重要的组成部分，在我们今天能够看到的主板上芯片组只不过是一个散热片底下的小芯片而已，那么它到底经历了什么才发展到了今天这个地步，曾经甚至需要主动风扇才能满足散热要求的南北桥又是经过了怎样的发展方向才做到今天这样简略呢？就让我们来一起探寻一下主板芯片组的发展史。

要说芯片组的发展史我们得先从芯片组的功能说起，为什么芯片组的后面有一个“组”字呢？因为芯片组曾经是分为南桥和北桥的，一般来说靠近CPU、散热片较大的为北桥，北桥的英文缩写为NB，南桥英文为south bridge，缩写不用我说大家也猜得到。虽然二十多年过去了，但是他们俩的基本功能是差不多的，基本也没啥改变，北桥负责协调控制主板上CPU、内存以及显卡等主要设备的通信，而南桥则负责USB、SATA等接口，以及各种集成设备和拓展。

南北桥和CPU之间通过总线进行连接，这个总线每一代名称基本都不一样，在这咱们也不仔细说了，而且大部分南桥还在开机电路中起到触发作用。在南北桥都 没有集成进CPU里面的时候，同一代甚至不同代的芯片组存在多种搭配，也就是一种北桥可以搭配多种型号的南桥，因此可以更适合主板对拓展的需求，使主板定位更加精准，还是个挺有意思的事。

曾经生产国芯片组的半导体厂商有SIS、英伟达、ATI、ALI、VIA、AMD、英特尔，如今ATI被AMD收购、英伟达退出芯片组市场、其他半导体厂商死的死伤的伤，也就只剩下AMD和英特尔双雄争霸了，但那个时候的主板芯片组确实是五花八门，英特尔主板ATI芯片组、AMD主板英伟达芯片组的操作可以说满地都是，甚至包括有些高端主板，比如NV当年同平台只有自家的芯片组才支持三路SLI。

当然这些厂商大多都在最晚775时代就相继退出了市场，原因咱也不知道，那么如今的南北桥怎么样了呢？在21世纪初，芯片组在主板上起到的作用不比CPU差，虽然这两个没啥可比性，毕竟少了哪个都开不了机，但当时北桥负责的是通信协调，不管什么硬件访问CPU都得经过北桥，这种设计其实是不好的，首先它会使延迟大幅增高，其次因为北桥承担的功能更多，也增大了主板故障率，但这种设计竟然持续了将近十年。曾经有一段时间（在这十年中），南桥北桥被主板厂商搞到一起过，英伟达和ATI都有类似的芯片组系列，原理其实就是把南北桥封装在了一个晶圆里面，还顺便集成了一个集显，例如翔升G96TMX主板，这种设计的确在一定程度上节省了主板空间，也方便了主板的板型设计，但发热堪比电磁炉，所以无法制造高端系列，最终被两家放弃。

随着其他硬件的提升，芯片组在一定程度上落后一些，所以在08-10年芯片组的功耗问题尤其是英特尔的北桥显得尤为突出，因此这一时期的主板大多都顶着一个巨大的北桥散热器，你们都说X58北桥发热大，实际上相对某几个接近微米级工艺的北桥，X58那个发热还算能够接受，这使得CPU厂商改进北桥的计划提上了日程。

首先是AMD在K8系列CPU上将内存控制器集成在了CPU中，这一改进大大降低了内存延迟，而且大幅降低了北桥发热，而英特尔则在北桥问题饱受诟病之后将内存控制器集成进了初代酷睿处理器中，同时将北桥的部分功能整合进了南桥，还起了个名字叫做PCH，感兴趣的可以去搜一下；酷睿二代时期，北桥被完全集成进CPU，而隔壁AMD则将北桥大部分功能保留在主板上，这一情况在推土机、打桩机时期都没有改善，直到锐龙系列诞生才解决这个问题。

在现在的主板上我们已经完全看不见北桥芯片，而且在新CPU中北桥也不再是一个基本独立的部分，而是分为PCIE控制器、内存控制器等，分散存在于晶圆的不同位置，因此说CPU和北桥已经同化也没啥问题。那么北桥没了，南桥呢？除了支持拓展接口的进步以及集成了本来的IO芯片功能以外，基本功能没发生什么大变化，不过纵观近十年，随着北桥和CPU技术的提高，南桥的功能也越来越少，在AMD最新的Zen2架构平台上，X570芯片组的南桥仅仅使用PCI-E X4通道和CPU连接，作用也仅仅是将这几根通道拆分，来支持几个PCI-E接口和USB2.0、SATA接口了，作用基本相当于一个内置的HUD，大部分功能已经被CPU代替。

最神奇的是，在锐龙低端芯片组和平台上，许多产品都已经直接取消了南桥芯片，也就是只支持CPU所支持的拓展，而英特尔最新的平台使用DMI3.0总线连接南桥，大部分拓展都没集成进CPU，但也在向CPU内集成的方向发展中。笔者觉得，随着CPU工艺不断发展、制程不断提升，未来南桥会很快消失在我们的视野中，开机触发等功能也不需要南桥来帮忙了，毕竟科技的核心就是不断化繁为简、提高效率加强性能，而数码行业的核心则是高集成度