チップセット

コンピュータシステムにおいて、チップセットとは、プロセッサ、メモリ、周辺機器間のデータフローを管理する、1つまたは複数の集積回路上の電子部品のセットです。チップセットは通常、コンピュータのマザーボード上にあります。チップセットは通常、特定のマイクロプロセッサフ​​ァミリで動作するように設計されます。プロセッサと外部デバイス間の通信を制御するため、チップセットはシステムパフォーマンスを決定する上で重要な役割を果たします。「チップセット」という用語は、携帯電話で使用されるシステムオンチップ（SoC）を説明するために使用されることもあります。^{[1] [2]}

コンピューティングの世界では、チップセットという用語は、通常、コンピュータのマザーボードまたは拡張カード上の一連の専用チップを指します。パーソナルコンピュータでは、1984 年のIBM PC AT用の最初のチップセットは、 Intel 80286 CPU用にChips and Technologiesが開発したNEAT チップセットでした。

1980 年代から 1990 年代の家庭用コンピュータ、ゲーム コンソール、アーケード ハードウェアでは、チップセットという用語はカスタムオーディオチップやグラフィックチップに使用されていました。例としては、オリジナルの Amiga チップセットやSegaのSystem 16チップセットなどがあります。

x86ベースのパーソナル コンピュータでは、チップセットという用語は、マザーボード上の特定のチップ ペア (ノースブリッジとサウスブリッジ)を指すことがよくあります。ノースブリッジは、CPU を非常に高速なデバイス (特にRAMやグラフィック コントローラ)にリンクし、サウスブリッジは低速の周辺機器バス( PCIやISAなど) に接続します。最近のチップセットの多くでは、サウスブリッジにEthernet、USB、オーディオデバイスなどのオンチップ統合周辺機器が含まれています。

マザーボードとそのチップセットは、多くの場合、異なるメーカーから提供されています。2021年現在、 x86マザーボード^{[アップデート]}用のチップセットのメーカーには、 AMD、Intel、VIA Technologies、Zhaoxinなどがあります。

1990 年代、アリゾナ州テンピのVLSI Technologyはチップセットの主要な設計および製造業者でした。同社の革新には、PCI ブリッジ ロジックの統合、GraphiCore 2D グラフィックス アクセラレータ、 DDR SDRAMメモリの前身である同期 DRAM の直接サポートなどがありました。

Apple Macintosh SE、Macintosh II、そしてその後のQuadrasシリーズは、Appleが設計したASICであったにもかかわらず、VLSI Technologyのチップセットを使用していました。PowerPCへの切り替え後、AppleはVLSI technology、 Texas Instruments、LSI Logic、Lucent Technologies（後にAgere Systemsとして知られる）など、さまざまなASICサプライヤのチップセットを使用しました。AppleがIntelに切り替えたときは、従来のPCチップセットを使用しました。

1980 年代、チップス アンド テクノロジーズはPC 互換コンピュータ用のチップセットの製造で先駆者となりました。それ以降に製造されたコンピュータ システムは、コンピューティングの専門分野が大きく異なっていても、一般的に使用されているチップセットを共有することがよくあります。たとえば、ストレージ デバイスへのSCSIインターフェイスを実装する低コストのチップセットであるNCR 53C9xは、 MIPS MagnumなどのUnixマシン、組み込みデバイス、およびパーソナル コンピュータに搭載されています。

従来、x86 コンピュータでは、プロセッサとマシンの他の部分との主な接続は、マザーボード チップセットのノースブリッジを介して行われていました。ノースブリッジは、高速デバイス (システム メモリや PCIe、AGP、PCI カードなどのプライマリ拡張バスが一般的な例) との通信と、逆にプロセッサへのシステム通信を直接担当していました。プロセッサとノースブリッジ間のこの接続は、一般的にフロントサイド バス(FSB) と呼ばれます。ノースブリッジによって直接制御されないリソースへの要求はサウスブリッジにオフロードされ、ノースブリッジはプロセッサとサウスブリッジの仲介役となります。サウスブリッジは「その他すべて」、つまり一般に低速の周辺機器やボード機能 (最大のものはハード ディスクとストレージの接続)、たとえば USB、パラレル通信、シリアル通信などを処理しました。1990 年代から 2000 年代初頭にかけて、ノースブリッジとサウスブリッジ間のインターフェイスは PCI バスでした。^[3]

2003 年より前は、CPU とメイン メモリまたはグラフィックス カードなどの拡張デバイスとの間のやり取りは、AGP、PCI、またはマザーボードに統合されているかどうかに関係なく、プロセッサに代わってノースブリッジ IC によって直接制御されていました。このため、プロセッサのパフォーマンスはシステム チップセット、特にノースブリッジのメモリ パフォーマンスと、この情報をプロセッサに返す能力に大きく依存していました。しかし、2003 年に AMD がAthlon 64シリーズ プロセッサ^[4]を発表したことで、この状況は変わりました。Athlon 64 では、プロセッサ自体に組み込まれた統合メモリ コントローラが導入され、プロセッサがメモリに直接アクセスして処理できるようになり、従来のノースブリッジが不要になりました。Intel も 2008 年にCore iシリーズ CPU とX58プラットフォームをリリースしてこれに追随しました。

新しいプロセッサでは、システムのプライマリ PCIe コントローラと統合グラフィックスを CPU 自体に直接組み込むことにより、統合がさらに強化されています。プロセッサによって処理されない機能が少なくなるにつれて、チップセット ベンダーは残りのノースブリッジとサウスブリッジの機能を 1 つのチップに凝縮しました。Intel のバージョンは「プラットフォーム コントローラ ハブ」(PCH) で、AMD のバージョンはFusion Controller Hub (FCH)と呼ばれていました。PCH は今でもチップセットと呼ばれています。^[5]これは、残りの周辺機器用の拡張サウスブリッジです。メモリ コントローラ、拡張バス (PCIe) インターフェイス、オンボード ビデオ コントローラなどの従来のノースブリッジの機能は、CPU ダイ自体に統合されています (ただし、チップセットにはセカンダリ PCIe 接続が含まれていることがよくあります)。ただし、Skylakeプロセッサのモバイル バリアントでは、プラットフォーム コントローラ ハブも 2 番目のダイとしてプロセッサ パッケージに統合されました。^[6]

AMDのFCHは、CarrizoシリーズのCPUのリリース以降、CPUの残りの部分と同じダイに統合されたため廃止されました。^[7]ただし、Zenアーキテクチャのリリース以降、USBやSATAポートなどの比較的低速のI/Oのみを処理し、PCIe接続でCPUに接続するチップセットと呼ばれるコンポーネントがまだあります。これらのシステムでは、すべてのPCIe接続がCPUに直接ルーティングされます。^[8] AMDが以前FCHとの通信に使用していたUMIインターフェイスは、PCIe接続に置き換えられました。技術的には、プロセッサはチップセットなしで動作できます。チップセットは、低速I/Oとのインターフェイスとしてのみ存在し続けます。^[9] AMDのサーバーCPUは、代わりにチップセットを必要としない自己完結型のシステムオンチップ設計を採用しています。 ^{[10] [11] [12]}

現在使用されているノースブリッジからサウスブリッジへの相互接続インターフェイスは、DMI ( Intel ) とUMI ( AMD ) です。これらは、プロセッサからチップセットへの接続にも使用できます。

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