Todo lo que debes saber sobre el chipset: Guía completa y secretos revelados

El chipset es un elemento esencial para todo ordenador, pero que es un total desconocido para muchos usuarios. En este artículo me encargaré de que no sea así, y de que sepas todos los secretos que deberías conocer al respecto, desde qué es, para qué sirve, hasta un poco de historia, pasando por un repaso al futuro de estos elementos.

¿Qué es el chipset?

Un conjunto de chips o chipset está compuesto por uno o más circuitos integrados que funcionan como un sistema de gestión del flujo de datos en la placa madre, facilitando la comunicación entre diferentes componentes como la unidad central de procesamiento (CPU), la unidad de procesamiento gráfico (GPU), la memoria RAM y los dispositivos periféricos conectados a la entrada/salida (E/S), entre otros.

Dado que el chipset controla este flujo de datos, el ancho de banda de conexión y la velocidad de transmisión desempeñan un papel fundamental en el rendimiento general del sistema. Por lo tanto, es importante considerar el chipset al elegir una placa madre, no solo por razones de compatibilidad.

Uno de los primeros chipsets en aparecer fue el NEAT de Chips and Technologies. Estaba diseñado para el Intel 80286 para los IBM PC AT de 1984. De esta forma, se mejoró la compatibilidad, ya que cada módulo o componente no tenía que tener su propio controlador, sino que se centralizaba todo. Luego nacieron multitud de marcas como Intel, NVIDIA, VIA Technologies, ALi, SIS, VLSI Technology, Chips & Technologies, etc., que diseñaban y fabricaban chipsets para x86. Actualmente, el mercado está controlado esencialmente por AMD e Intel, quien diseñan sus propios chipsets.

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La palabra chipset, como su propio nombre indica, hace referencia a un conjunto de chips, aunque esto no sea del todo cierto en la actualidad. Y los dos elementos esenciales son:

¿Qué es el northbridge?

El northbridge, conocido también como puente norte, host de memoria o hub de memoria, es uno de los dos chips principales del chipset de una placa base de PC, y es el más crucial y complejo de los dos.

Está directamente conectado a la CPU a través del FSB u otros métodos similares, así como al southbridge, un chip más lento encargado de administrar la comunicación entre la CPU y otros componentes o periféricos, pasando primero por el northbridge antes de llegar a la CPU.

Es importante destacar que en los equipos más antiguos de Intel, el northbridge también recibía los nombres de MCH (Memory Controller Hub) o GMCH (Graphics Memory Controller Hub), este último cuando se integraba la GPU dentro del chip en las placas base de gama baja.

En el caso de los northbridge sin GPU integrada, no solo se conectaban directamente a la CPU, sino también a la memoria RAM y al slot de expansión para tarjetas gráficas (AGP o PCIe), así como al southbridge. En otras palabras, cuando cualquiera de estos componentes necesitaba comunicarse con la CPU, o viceversa, la comunicación se realizaba a través del northbridge.

Debido a que el northbridge tiene que comunicarse tanto con la CPU como con la memoria RAM, y dado que existen diversas variantes de estos dos dispositivos, generalmente se diseñaba para soportar solo algunos modelos de CPU y un tipo específico de RAM. Por lo tanto, el chipset determinará la compatibilidad de los componentes que se pueden utilizar en la placa base.

Es importante mencionar también que el northbridge desempeña un papel crucial en el overclocking. Su frecuencia de bus se utiliza como base para la CPU, que tiene multiplicadores y divisores para aumentar la frecuencia de reloj de este bus al entrar en la CPU y reducirla al salir de ella. Puedes pensar en el bus como una autopista y los multiplicadores como carriles de aceleración para incorporarse, mientras que los divisores son carriles de desaceleración para salir.

Dicho esto, si se aumenta la velocidad del bus que conecta el northbridge y la CPU, también se está acelerando la CPU. Por ejemplo, supongamos que tenemos un FSB de 200 MHz que conecta la CPU y el northbridge, y que la CPU tiene un multiplicador de x4. Esto significa que la CPU funciona a 800 MHz. Si incrementamos la velocidad del bus a 233 MHz, obtendremos una aceleración de 932 MHz.

¿Por qué se ha integrado dentro de la CPU?

En el pasado, el chipset y la CPU se mantenían separados debido a que ambos eran chips complejos, y combinarlos en un único chip monolítico podía plantear dificultades. Sin embargo, a medida que la tecnología de fabricación avanzaba, ahora es posible incorporar el northbridge dentro de la CPU en los sistemas actuales. Esta integración tiene como objetivo mejorar el rendimiento y permitir una comunicación directa entre la CPU y componentes clave como la memoria RAM y las líneas PCIe.

Al integrar el northbridge, se han resuelto algunos cuellos de botella significativos que ocurrían cuando la CPU debía comunicarse con otras interfaces. De hecho, inicialmente se comenzó integrando la Unidad de Gestión de Memoria (MMU) o controlador de memoria dentro de la CPU (como lo hizo primero el AMD Athlon64), lo cual permitía una comunicación directa entre la CPU y la memoria RAM. Sin embargo, posteriormente se optó por integrar la totalidad del northbridge para también establecer una conexión directa con el bus de la GPU.

Además, en las nuevas unidades AMD Zen 2 en adelante, y también en las Intel de 14ºGen, se comienza a usar diseños MCM o chiplet con algunas funciones de E/S que se han movido a una matriz o chip integrado en el mismo empaquetado de la CPU conocido como cIO o chip IO. Por tanto, es otra pieza adicional que añade más complejidad al asunto…

¿Qué es el southbridge?

En contraste, el otro componente del conjunto de chips o chipset es el southbridge o puente sur (Intel en ocasiones lo llama ICH o I/O Controller Hub). Este chip tiende a ser menos complejo y de menor tamaño en comparación con el puente norte, además de ser más lento. Por lo general, el southbridge no requiere refrigeración, o en el peor de los casos, solo necesita un disipador. Por otro lado, el puente norte suele necesitar un disipador de mayor tamaño e incluso puede requerir refrigeración activa mediante un ventilador en algunos casos.

El southbridge se encarga de varias funciones de entrada/salida (E/S) y se conecta directamente con el puente norte. Por ejemplo, es responsable de la comunicación con interfaces como SATA y PATA, USB, tarjeta de sonido, BIOS y otros buses de baja velocidad, como PCI, ISA, SMBus, SPI, controlador DMA, entre otros. También se encarga de elementos adicionales como RTC, PIT, controlador ACPI o APM, adaptadores de red integrados y BIOS.

A lo largo de la historia, se han utilizado diferentes interfaces de bus para conectar el puente norte y el puente sur. Desde 1990 hasta principios de 2000, era común que un bus PCI los enlazara, pero en la actualidad se han reemplazado con interfaces más rápidas, como Intel Ultra Path Interconnect (UPI) o PCI Express en el caso de AMD.

¿Por qué ha desaparecido el southbridge?

En realidad, el chip southbridge no ha desaparecido, sigue estando presente en la mayoría de las placas base actuales, aunque ahora se le conoce con un nombre diferente. Ya no se utiliza la denominación «southbridge» porque, al desaparecer el northbridge, carece de sentido mantener ese término.

Sin embargo, cuando AMD integró el controlador de memoria en su Athlon64 en 2003 y Intel hizo lo mismo en su Core de 2008 con la plataforma X58, el northbridge dejó de ser relevante. Con el tiempo, la totalidad o casi todas las funciones del northbridge se integraron en la CPU, incluyendo las interfaces PCIe para tarjetas gráficas y otros componentes. Algunas funciones del northbridge que no fueron absorbidas por la CPU y todas las del southbridge se unificaron en un solo chip, que es el que encontramos en las placas base actuales.

¿Qué es el PCH o FCH?

Cuando el northbridge se integró en la CPU y se consolidó en un solo chip, Intel comenzó a llamar a este chip PCH (Platform Controller Hub) a partir de 2009, mientras que AMD lo denominó inicialmente FCH (Fusion Controller Hub), aunque este nombre dejó de utilizarse después del lanzamiento de la microarquitectura AMD Zen. Aunque Intel también ha dejado de destacar el término PCH y se sigue utilizando popularmente el término «chipset» para referirse a él.

Intel también usó el término SCH (System Controller Hub), que fue usado como chipsets para los Intel Atom. Es como la Intel Hub Architecture tradicional, solo que integra north y south en un solo chip.

El PCH de Intel se encargaba de controlar ciertas vías de datos y funciones, como el reloj del sistema, FDI, DMI y las funciones de E/S que antes realizaba el southbridge. En el caso del FCH, era similar a un southbridge mejorado. Además, es importante mencionar que la interfaz que conectaba este chip FCH con la CPU era un bus llamado UMI (Unified Media Interface), similar al Intel DMI (Direct Media Interface).

Estos nuevos elementos abordaron el problema del cuello de botella que existía en los chipsets tradicionales. Al integrar por completo el controlador de memoria, los carriles PCIe, entre otros, en la misma matriz de la CPU, se logró un rendimiento superior debido a una conexión más directa. Además, se mejoró la velocidad de la interfaz que conecta estas nuevas funciones integradas con el exterior. Esto liberó gran parte del ancho de banda que se utilizaba para la comunicación con el chipset convencional.

Sin embargo, no todas las funciones del northbridge fueron absorbidas por la CPU, como el reloj, que sigue estando presente en este chip independiente. En el caso del PCH de Intel, hay dos interfaces de comunicación con la CPU, el FDI (Flexible Display Interface) y el DMI (Direct Media Interface). El FDI se utilizaba únicamente cuando se empleaba un chip con iGPU o gráficos integrados, mientras que el DMI se utilizaba cuando no había una iGPU. Por su parte, AMD emplea directamente carriles PCIe para la comunicación con la CPU.

Actualmente, Intel ha dejado de utilizar tanto el término PCH y AMD abandonó el FCH en 2017. En la actualidad, generalmente se hace referencia a estos chips simplemente como «chipset», a pesar de que siguen siendo un único componente.

FPGA: el futuro para los chipsets

Para finalizar, como bien sabrás, Intel adquirió la empresa Altera, especializada en FPGA, y AMD hizo lo mismo con Xilinx. Estos chips configurables tienen diversas aplicaciones, como aceleradores para HPC y potenciales usos en el mundo de las PC.

Sin embargo, también podrían tener aplicaciones en el ámbito de los chipsets en el futuro. Y es que los FPGA permiten implementar circuitos personalizados y pueden reconfigurarse sin necesidad de reemplazarlos. Esto brinda flexibilidad para agregar funciones, soporte para nuevas interfaces y personalización de chipsets sin cambiar de hardware.

No obstante, los FPGA también presentan desventajas en comparación con los ASIC, como un precio más alto, menor rendimiento y eficiencia energética, y posibles riesgos de seguridad debido a funciones ocultas.

Ahora ya conoces un poco más sobre el chipset, no olvides comentar con tus dudas o sugerencias…