主板上还剩啥？CPU整合GPU/北桥/南桥

    泡泡网主板频道2月6日 众所周知，主板上最重要、成本最高的两颗芯片，被称为北桥和南桥，其中北桥负责与处理器对接，主要功能包括：内存控制器、PCI-E控制器、集成显卡、前/后端总线等，都是速度较快的模块；而南桥则负责外围周边功能，速度较慢，主要包括：磁盘控制器、网络端口、扩展卡槽、音频模块、I/O接口等等。

传统的南北桥芯片组功能示意图

    Intel与AMD的新一代处理器，已经将传统北桥的大部分功能都整合在了CPU内部，Intel的Clarkdale与Sandybridge处理器则是完全整合北桥芯片，与其搭配的P55/H55/P67/H67等芯片组其实就是一颗南桥。

现在北桥已被整合在了CPU内部

    而现在，AMD打算在未来的APU处理器当中，除了北桥外将南桥也完全整合进去，如此一来，与之搭配的主板上将不会再有芯片组，只是一块堆满接口和插槽的扩展输出板子而已。

    目前市场上热卖的Core i3 5XX和Core i5 6XX处理器就是基于Clarkdale核心的产品，它们首次整合北桥芯片（包括集成显卡），但整合的方式比较特别：

Clarkdale核心处理器封装示意图

    Clarkdale核心包括CPU和GPU两个部分，CPU部分使用了新一代32nm工艺制造，是双核心四线程设计；GPU部分就是传统意义上的北桥，为45nm工艺制造，内含双通道DDR3内存控制器、PCI-E控制器和集成显卡。

Clarkdale的北桥(GPU)和CPU部分示意图

    CPU部分和GPU部分是各自独立的，微观上通过QPI总线相连，宏观上被封装在了一起，接口是与Lynnfield相同的LGA1156。整体上来看Clarkdale不仅整合了内存控制器和PCI-E控制器，还整合了显示核心，看似更加先进。

    实际上，Clarkdale只是将原本放在主板上的北桥芯片，挪到了CPU的铁盖下面，本质上并没有整合任何东西（包括显卡和内存控制器）。但是与之搭配的H55芯片组，确实只剩下了一颗南桥。北桥的发热量远高于南桥，由于北桥位于处理器上面，因此用户再也不用担心主板的散热问题了。

    目前市面上热卖的Core i7 8XX和Core i5 7XX处理器，就是基于Lynnfield核心的产品，这是真正意义上整合了北桥的处理器。

    也就是说，Lynnfield内部还是整合了QPI总线的，虽然只有一条，这一条QPI总线用以连接CPU核心部分与PCI-E控制器部分。Bloomfield核心的QPI总线频率可以随便超，而Lynnfield核心的QPI被锁定，其实没有任何关系，因为QPI的唯一用途就是连接北桥，内存走的是直连通道已经不经过QPI总线了，因此超频QPI不会有什么性能提升。

P55芯片组示意图

    P55是单芯片设计的芯片组，其本质上就是一颗南桥，功能和ICH10R没有太大区别，既不支持SATA3.0也不支持USB3.0，而且南桥中的PCI-E通道是落后的1.1版本。要知道Lynnfield核心内部整合的PCI-E 2.0通道只有16条，只能满足单显卡或者双显卡的需要，此时如果用户有需要使用高速的扩展设备（比如USB3.0扩展卡）的话，P55南桥提供的PCI-E 1.0接口就成为了最大瓶颈。

    为了缓解这一瓶颈，一线主板厂商不得不整合第三方PCI-E桥接芯片，将P55当中的多条PCI-E 1.0通道组合起来使用，这种方法让主板成本增加不少。

    Lynnfield核心不但整合了内存控制器、而且整合了QPI总线以及PCI-E总线，是真正意义上“消灭”了北桥芯片的处理器。但它定位中高端，因此并没有整合显卡。

    Clarkdale核心虽然将CPU和GPU首次封装在了CPU基板上面，但本质上它并没有做到CPU和GPU的融合，竞争对手AMD认为Intel这种方式其实是“胶水”整合，他们自己的APU才是真正意义上的“融合”。

    Lynnfield虽然确实整合了北桥，但它在整合时并没有包括显卡。而Intel全新的Sandybridge处理器，则集众多先进技术与一身，在Lynnfield核心的基础上，加入了新一代核心显卡，架构方面也有所微调。这是第一款真正意义上整合了北桥+显卡的处理器。

    毫无疑问，SandyBridge相对于上代的Clarkdale来说，最大的改进就是将GPU部分真正融入了CPU核心内部，这样GPU部分也使用了先进的32nm工艺，并且可以充分利用CPU部分的大容量三级缓存以及低延迟的内存控制器，共享内存带宽，从而让集显部分获得可观的性能提升。

GPU处理单元和CPU核心被整合在了一颗芯片上面

    除了CPU和GPU真正无缝整合在一起之外，Intel还对CPU与GPU两大处理器核心分别做了优化与改进，获得更高的指令执行效率，此外整合内存控制器相比上代产品带宽将更高、延迟会更低，而且CPU的三级缓存也可以被GPU共享，因此整合显卡的性能获得了非常客观的提升。

    优化的核心、智能的频率控制、以及单一32nm工艺的核心，SandyBridge相比上代产品速度更快、功率更小，处理器效能被提升到新的境界！

    AMD的Athlon 64是业界首次整合了内存控制器的处理器，但在此后很长一段时间内，AMD在整合方面并没有太多的作为，其配套芯片组产品一直都是北桥和南桥分离式设计，北桥内部只有PCI-E控制器和整合显卡。

    就在Intel发布SandyBridge的同时，AMD也正式发布了传闻已久的Fusion APU处理器，将CPU和GPU无缝融合在了一起。但首批发布的产品定位比较低端，CPU仅为双核、GPU的规格也比较低、而且还不支持PCI-E扩展外接显卡，整合程度远不如SandyBridge。

    这款微控智能ITX-AF2S1A主板采用Nano-ITX规格，集成了一颗AMD Zacate处理器，频率为1.6GHz，同时还集成了HD 6310 GPU，支持UVD 3.0解码技术、支持DirectX 11、1080i/p以及H.264、VC-1和MPEG-4等高清格式视频的播放等技术。

这颗APU被直接焊在了主板上面，包括了CPU、GPU和北桥的全部功能

这才是主板的芯片组，就是一颗南桥

    AMD APU定位于嵌入式平台、工控机、HTPC等对配置要求不高的领域，CPU和GPU的性能基本够用，南桥功能全面，无需额外的扩展插槽。因此并没有整合太多高速总线和功能模块。

    AMD有很多款针对不同领域的APU产品，此前已经发布的APU定位较低，列都是双核CPU搭配入门GPU的配置。而到了今年中，AMD将会陆续发布定位中高端的APU，将会是四核CPU搭配中端GPU的配置，相信可以满足绝大多数用户的需要。

    AMD已经发布的APU家族名称为“Brazos”的E系列和C系列处理器，前者代号为“Zacate”，最高功耗为18W TDP，主要针对笔记本或入门台式机，后者代号为“Ontario”，最高功耗仅9W TDP ，则针对高画质上网本、HTPC或嵌入式平台市场。
 
    同时，AMD也会于上半年推出代号为Llano的A系列APU处理器，将会内建更多数目的核心，并内建更高规格的绘图核心，其中据AMD表示，A系列拥有 500GFLOP/s 或以上的平衡运算能力，预期年中将会正式发布并针对主流级市场。

    除此之外，AMD表示下半年将会分别针对高阶市场、主流级桌上型平台市场和行动计算机市场推出如“Dorado”、“Lynx”、“Scorpius”、“Danube”和“Sabine”等系列产品。 2012 年将会针对推出“Komodo”、“Trininty”、“Krishna”和“Wichita”等系列，除了核心数目进一步增加外，其中，更提及到“Krishna”将会把南桥芯片的功能整合到APU内，加上采用28nm制程，令该系列芯片面积进一步减少，同时有效缩小设计空间。

    这样的设计将非常适合嵌入式平台，AMD将首次把64bit、DX11显卡引入该领域，显示输出方面不但支持双头输出，而且还能提供一个LVDS接口直接连接到液晶面板，在保证超高集成度的同时提供了强大的功能，AMD的这一举动满足了嵌入式平台愈来愈高性能需求的用途，同时亦能有效降低放置空间要求。■<