Смартфоны, планшеты и прочие мобильные гаджеты приучили нас к такой схеме: есть чип, на котором должно поместиться всё — центральный процессор, графический, нейронный, всякие сигнальные процессоры, Wi-Fi и прочее. Такая компоновка называется SoC или система на кристалле, или однокристальная система.
И кажется, что это самый правильный метод компоновки микросхем. Ведь так мы получаем самые маленькие задержки, всё занимает меньше места, меньше потребляет энергии и так далее. Но что хорошо для мобильника, не всегда хорошо для компьютера. Поэтому сегодня мы поговорим про серых кардиналов печатных плат — про чипсеты.
Что это такое? И сколько их нужно для счастья? Разберемся, как устроены процессоры для компьютеров. Отыщём куда с материнской платы пропали мосты? И выясним как быстрые SSD повлияли на процессоры.
Один чип не всегда хорошо
Так почему же один чип — не всегда хорошо? В отличие от мобильников, ПК и ноутбуки куда более сложные и универсальные устройства. Мы ожидаем что, процессор в компьютере будет поддерживать любые видеокарты и прочие железки. Мы ожидаем, что сможем подключить к компьютеру кучу разной периферии: мониторы, клавиатуры, флешки, жесткие диски — и всё это будет работать через разные порты.
С мобильниками всё попроще и куда более предсказуемо. Поэтому мобильные платформы проще сами по себе. От них не требуется поддержка всего и вся, поэтому всё на один кристалл.
Яркий тому пример чип Apple M1, выросший из мобильной платформы. Это прекрасная, плотно интегрированная однокристальная система, но с рядом ограничений. Вся оперативка распаяна, а из разъемов есть только два USB4 и те работают не на полной скорости. Как понимаете такое решение не тянет на универсальность.
Поэтому в ПК и ноутбуках вместо того, чтобы запихивать всё на один кристалл куда разумнее распределить ключевые функции между несколькими чипами, которые будут работать совместно с центральным процессором.
Собственно, набор вот этих дополнительных чипов помощников и называется чипсетом.
Intel TigerLake H45
Для начала небольшое вступление. Поводом для ролка послужил выход новых процессоров Intel для ноутбуков Tiger Lake-H.
Это первые действительно мощные ноутбучные процессоры Intel на их лучшем на текущем момент техпроцессе 10 нм SuperFIN.
Дело в том, что прошлогодние процессоры уже были очень хороши по одноядерной производительности. Но они проигрывали решениям от AMD в многопотоке, потому что поддерживали максимум 4 ядра и 8 потоков. Но теперь Tiger Lake-H — 8-ядерные процессоры, которые очень мощные, судя по тестам, которые мы поглядели в сети. Это неудивительно: удачная архитектура ядра Willow Cove, 24 МБ кэша 3-го уровня, и возможность разгоняться до 5 ГГц в режиме Turbo Boost для старшего процессора в линейке.
В общем, зверские процессоры, но помимо мощности у них есть еще одна особенность. Очень любопытная двухчиповая компоновка, о которой мы и хотим рассказать подробнее.
Откуда это взялось?
Северный и южный мост
Раньше среди компьютерных платформ самым распространённым было трехчиповое решение: центральный процессор и два моста.
Вы наверняка помните какие: северный мост и южный мост. И наверняка, вы помните ту боль, когда какой-то из этих мостов сгорал. Ведь в этом случае нужно было менять всю материнскую плату. Ведь северным и южным мостом назвали два контроллера, которые отвечали за работу всех компонентов материнской платы. Зачем они были нужны?
Северный мост подсоединяется напрямую к процессору и обычно содержал в себе контроллер памяти, имел прямой доступ к графической карте или даже имел на борту встроенный видеоадаптер.
А также к северному мосту был подключен южный мост. Южный мост был медленнее северного и к нему подводилась менее требовательная к скорости периферия: шины USB, PCI, SATA, все устройства ввода-вывода, Ethernet, аудио и прочее.
PCH
Но прогресс не стоял на месте и в процессе миниатюризации компонентов схему сократили до двух чипов. Распределив все функции между чипом с центральным процессором и чипсетом, который в процессорах Intel получил название “Platform Controller Hub» или PCH.
Вот этот второй кусок кремния который часто красуется рядом с центральным процессором и есть PCH. Хотя он может быть распаян и в другом месте где-то на материнской плате.
TigerLake H45
Но самое интересное во всём этом рассказе не то, что чипов было три, а стало два. А то какие функции эти чипы теперь выполняют. Ведь в последнее время требования к современным процессорам усложнились и сильно изменились. И во многом виной тому консоли нового поколения.
Вот посмотрите как устроены новые процессоры Intel для мощных ноутбуков Tiger Lake H.
К ЦП тут напрямую подходят целых 20 линий PCI-e 4.0, которые обеспечивают пропускную способность чуть больше чем в 39 Гигабайт/с. И это очень много. По скорости это равно 40 линиям PCI-e 3.0. И это гораздо больше новый AMD Ryzen 5000 серии, которые располагают только 16-ю линиями PCI-e 3.0. Но зачем нужна такая скорость?
“Чтобы раскрыть потенциал максимально производительных видеокарт. Топовые Nvidia RTX требуют PCI-E 4.0 для того чтобы пропускная способность интерфейса подключения не стала узким местом”
В первую очередь, для реализации двух очень важных технологий: Microsoft DirectStorage и Resizable Bar от Nvidia.
Технология DirectStorage позволяет значительно ускорить операции ввода вывода информации с быстрых SSD-дисков. Грубо говоря благодаря этой технологии появляется возможность напрямую подгружать данные с SSD-дисков в процессор, минуя оперативную память и используя SSD вместо ОЗУ.
Изначально технология была представлена как часть архитектуры Xbox Velocity для новых консолей. Она позволяет максимизировать производительность на протяжении всего конвейера от NVMe-диска до графического процессора и в первую очередь нужна для молниеносной загрузки игр и подгрузки игровых ассетов на лету.
Но в ближайшем будущем DirectStorage API станет частью Windows, что позволит прокачать не только игры на Windows, но и загрузку самой Windows, да и вообще любого софта, который будет поддерживать этот API.
DirectStorage тесно связана с другой технологией — Resizable Bar от Nvidia, которая позволяет процессору обращаться ко всему объёму видеопамяти обеспечивая более эффективный обмен данными между центральным процессором и видеокартой.
Иными словами эти технологии позволят крутить данные между SSD, центральным и графическим процессорами с максимальной эффективностью, превращая всю эту связку в единый организм.
И новые Intel TigerLake серии H в этом плане дают огромную свободу. Производители ноутбуков могут придумывать любые конфигурации для разных задач. Могут выделить 16 линий PCI-e 4.0 под дискретную видеокарту и оставить 4 линии для NVMe SSD. Либо пойти другим путём — оставить 8 линий видеокарте, а остальные 8 линий разделить между двумя NVMe SSD в массиве RAID 0, что позволит обеспечить просто запредельные скорости работы SSD.
Проверим как это работает на практике прямо сейчас. У меня для теста есть ASUS ROG Zephyrus M16 в конфигурации Intel i7-11800H. Это как раз 8-ядерный Tiger Lake-Р. Еще тут 16ГБ оперативки, SSD на 1 ТБ.
- Дисплей 16″ WQXGA 165Hz
- Intel i7-11800H
- GeForce RTX™ 3060 6G
- ОЗУ 16G
- 1T SSD
Скорости тут действительно очень высокие. Но при желании в ноутбуке этот показатель можно увеличить в два раза, добавив второй SSD в свободный слот и объединить их в RAID 0. Новым консолям такие скорости даже и не снились.
Ну и самое неожиданное в новых Intel TigerLake: ко второму чипу PCH проведено еще 36 линий PCI-e 3.0, из них 12 выделено под USB и 24 свободных. Это позволяет реализовать вообще свободное подключение вообще любой переферии. Иными словами в ноутбуках с Tiger Lake-H можно хоть всё свободное место на корпусе утыкать разными портами. Можно одновременно воткнуть четыре Thunderbolt 4 порта, 10 USB 2.0 или 4 USB 3.0 и еще кучу всего.
К примеру, посмотрите, на разъёмы в этом ноуте. Тоже совсем не кисло.
Добавим сюда поддержку нового Wi-Fi 6E который работает в диапазоне 6 ГГц. В России пока стандарт не поддерживается. Но в целом Intel TigerLake позволяют создавать на своей базе ультимативные решения для профессионалов и энтузиастов с запасом на будущее. И такая гибкость безусловно стала возможна благодаря двухчиповой компановке.
Выводы
В целом, новые чипы Tiger Lake-H и в целом Intel 11-го поколения получились действительно очень интересными: мощные, с технологическим запасом на будущее. Также тут есть возможность реализовать потенциал в самых различных конфигурациях от чего наши гиковские сердца бесконечно радуются.
