北桥芯片(North Bridge)和南桥芯片(South Bridge)合称就是主板的芯片组,是支撑整个主板运行的关键,早在586时期的电脑主板就已经采用了这种架构。其中北桥是离CPU最近的芯片,这主要是考虑到北桥芯片与CPU之间的通信最密切,且处理的都是高速信号,为了提高通信性能而缩短传输距离。北桥芯片Intel通常标识为MCH,主要负责内部数据传输,通过前端总线FSB(Front Side Bus)与CPU进行直接通讯,并决定了支持的CPU型号和主频。
除此之外,北桥芯片还集成了内存控制器和PCI-Express控制器(早期是AGP),所以内存、显卡和CPU的通讯都要通过北桥来完成,同时它还要与南桥芯片连接通讯,可见北桥芯片在主板上的重要性不言而喻。早先的主板通常都是以北桥芯片型号来命名,不同型号的北桥支持的CPU和内存的性能也不一样,例如Intel在奔腾四时期的865和845,前者支持800MHz的FSB频率和双通道DDR400内存,而后者仅支持533MHz的FSB频率和单通道的DDR333内存。除此之外,早期的集成显卡也是整合在北桥芯片中,这在命名方式上也会有所体现,例如Intel同时期的845G和865G,以及后来的G41和G51等,G即是Graphics,内建图形卡的意思。
由于内存与CPU进行通讯需要通过北桥芯片,这就好比从广东省的中山市到深圳市需要拐个大弯,而北桥芯片就相当于著名的“虎门大桥”。为了提升通讯效率,AMD从Athlon64开始就在CPU中整合了内存控制器,而Intel也从第一代酷睿开始整合了内存控制器,从PCB的走线可以看到内存插槽所有的引线都汇总到了CPU的底座,这就相当于中山市和深圳市之间即将开通的“深中通道”,这是第一次给北桥芯片“减负”。
到了2010年,Intel开启了“胶水时代”,开始把显卡整合在CPU中,但此时它们仅仅是整合在一块基板上,之后才真正整合在了CPU中,也就是大家熟悉的核心显卡,还集成了PCI-Express控制器,增加了带宽并降低了延迟,同时FSB也完成了使命寿终正寝,取而代之的的是全新的QPI和DMI。AMD后来也将显卡核心整合在CPU中,例如大家熟悉的APU。到此为止,北桥芯片几乎所有的功能都已经整合到了CPU之中,自然也就没有存在的必要了。
南桥芯片,Intel通常标识为ICH,一般位于主板布局的右下方,这主要是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线。南桥芯片主要是负责I/O总线之间的通信,充当着计算机系统与外周设备之间的"桥梁",例如PCI总线、USB、有线网卡、声卡、SATA、键盘鼠标、实时时钟控制器、高级电源管理和温度监测等。而现代的主板为了降低CPU的负担,也会提供额外的低速的PCI-Express插槽和M.2固态硬盘插槽,相当于是整合了北桥的部分功能,所以现在南桥反而成为主板上最重要的芯片,名称也被改称为PCH,例如现在的Z790、B760等。
随着半导体工艺的演进,CPU的性能不断增强的同时,可整合的内容也更多,例如SATA控制器和USB控制器,而网卡、声卡和无线网卡等设备也可以通过PCI-Expesss通道与CPU直接通信,例如国产X86处理器兆芯KX-600,就整合了南北桥芯片所有的功能,所以这样的主板连南桥芯片也不需要了。
这样的情况在我们常用的平台也有,例如支持AMD的Ryzen华擎Deskmini A300 STX主板,也是没有南桥芯片的,因此以后的主板如果全面取消南桥芯片,其实一点不意外,而主板也真真正正的变成了一个插接平台。