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チップセット

辞書:科学用語の基礎知識 半導体用語編 (IYIC)
読み:チップセット
外語:chip set 英語
品詞:名詞
2008/02/25 作成
2012/03/28 更新

チップ(部品)の組み合わせのこと。パーソナルコンピューターマザーボードでも、CPU以外に、CPU周辺機能や周辺機器類を統合したチップを用意し、この組み合わせをチップセットと呼んだ。これも、時代の変遷により、色々と様変わりをしている。

概念

一つのプロセッサーで全機能を賄うと、コストが上がり、無駄も多くなる。そこで、ある程度の機能で分けることで必要に応じた組み合わせを可能とする、というのが基本的な発想である。

パーソナルコンピューターはまず、CPUを制御する部分と、他の周辺機器を制御する部分で大きく二つに分けることが可能なので、チップはまず大きな二つに集積されるようになった。

これは、CPU制御部分は必須だが、他の周辺機器制御については必ずしも必要でないこともあるためである。対応する他の周辺機器の多少に応じて安価なものから高級なものまで揃えることもできる利点があった。

プロセッサーの分離

外部バスにPCIが使われていた頃は、このように2チップ構成だったチップセットをPCIチップセットと呼んだ。なお、外部バスが変わっていっても、内部バスはその後もPCIが使われ続けている。

この当時は、CPU周辺回路を含むものを「ノースブリッジ」、その他のI/Oコントローラーを含むものを「サウスブリッジ」と呼んでいた。このノース/サウスという呼び方は今では死語と化しているが、2チップ構成は比較的長く続いた。

詳細は後述するが、Coreアーキテクチャーからはこのノース/サウスという語を廃止し、従来のノースブリッジをHOSTブリッジ「MCH」、従来のサウスブリッジを「I/O コントローラー・ハブ(ICH)」と呼ぶようになった。

プロセッサーの統合

組み込み用のCPUの場合、CPU周辺装置はCPUパッケージ内にすべて含まれているのが一般的だった。

歴史的に、x86系のプロセッサーはCPUはCPUのみで、周辺装置を別にノースブリッジとしていた。これもやがて、CPU内に内蔵されるようになった。

また、以前はサウスブリッジ側にあったGPUも、ノースブリッジ側へと移り、最後にはCPUそのものに統合されるようになった。GPUは単に映像処理だけではなく、GPGPUとして演算にも使うのがトレンドとなったからである。

これ以降は、CPUともう一つのチップ、という構成が一般化するようになる。チップ「セット」とは言ってもチップは一つしかなく、「プラットフォーム・コントローラー・ハブ(PCH)」と呼ばれるシングルチップで周辺回路を処理するようになっている。

以下、パソコン用のチップセットについて。

PCIシステム

チップセットという語が広まったのはPCIの時代になってからで、この時に「PCIチップセット」という語が作られてからである。当時のPCIシステムでは、PCIバスやCPU周辺の機能を含めて統合し、これをノースブリッジとした。

また従来のISAバスや各種I/Oコントローラーの機能を統合したものはサウスブリッジと呼ばれた。

なお、この設計思想は、今のCoreアーキテクチャーの時代にあっても、それほど大きくは変わっていない。

Coreアーキテクチャー初期

Intel Core 2シリーズでは、HOSTブリッジを「MCH」、「I/O コントローラー・ハブ(ICH)」と呼んだ。ノースブリッジ/サウスブリッジという表現は早速死語化しているが、そのように呼んでも間違いというわけではない。

MCH(ノースブリッジ)は、CPUインターフェイス、メモリーインターフェイス、PCI ExpressAGPなどの外部バス、そしてICHとのインターフェイスを持っている。

ICH(サウスブリッジ)は、PCIバス、ATAUSBEthernetなどの回路を持つ。いわゆるレガシーデバイス(PS/2キーボード、PS/2マウスフロッピーディスクドライブシリアルポートパラレルポート、ISAスロット)などは、昔はサウスブリッジの担当だったがICHはその機能を持たず、ICHに接続されるI/Oプロセッサーで処理されている。

MCHとICHで分かれているため、互いを高速に結ぶバスが必要となり、このためにHubLinkと呼ばれるバスが使われていた。

Bloomfield

NehalemすなわちIntel Core i7の最初の製品であるBloomfieldコアの時代から、従来ならノースブリッジに存在したメモリーコントローラーがCPUに内蔵されるようになった。

またCPUとノースブリッジ間の接続も、フロントサイドバス(FSB)からQPIへと変わっている。

Lynnfield

チップセット回りに大きな異変が発生したのはこの次の世代で、Lynnfieldコアからである。

先のBloomfieldで、QPIという高速バスが必要だったのはPCI Express ×16がノースブリッジに存在したためである。しかしLynnfieldコアからはPCI Express ×16もCPUに内蔵されたため、チップセット側の機能も大幅に減り、ついに一つだけ「プラットフォーム・コントローラー・ハブ」(PCH)と呼ばれるシングルチップとなった。

PCH側の仕事は、グラフィック以外のPCI ExpressやPCI、シリアルATAといった、従来のサウスブリッジ相当である。CPUとの接続であってもQPIのような高速バスは不要になったため、CPUとPCHの接続は従来のICHと同様にDMI(Direct Media Interface)が採用された。

最初のPCHであるP55はICHと殆ど差が無いように見えたが、次のH57/H55/Q57はDMIの他に「FDI」(Flexible Display Interface)と呼ばれるバスを追加してICHと差別化されている。

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