Chipsets e placas, parte 1

Nos primeiros PCs, os chips controladores da placa mãe ficavam espalhados em diversos pontos da placa. Não é preciso dizer que este design não era muito eficiente, já que mais componentes significa mais custos. Com o avanço da tecnologia, os circuitos passaram a ser integrados em alguns poucos chips. Isto trouxe duas grandes vantagens: a primeira é que, estando mais próximos, os componentes podem se comunicar a uma velocidade maior, permitindo que a placa mãe seja capaz de operar a freqüências mais altas. As segunda é a questão do custo, já que produzir dois chips (mesmo que mais complexos) sai mais barato do que produzir vinte.

Muitas vezes, temos a impressão de que novas tecnologias, sobretudo componentes miniaturizados são mais caros, mas, na maior parte dos casos, o que acontece é justamente o contrário. Produzir chips utilizando uma técnica de 45 nanometros é mais barato do que produzir utilizando uma técnica antiga, de 90 ou 180 nanometros, pois transistores menores permitem produzir mais chips por waffer, o que reduz o custo unitário. Numa técnica de 180 nanometros (0.18 micron), temos transistores 16 vezes maiores que ao utilizar uma técnica de 45 nanometros. Isso significa que, utilizando aproximadamente o mesmo volume de matéria prima e mão de obra, é possível produzir quase que 16 vezes mais chips.

É bem verdade que migrar para novas tecnologias implica num grande custo inicial, já que a maior parte do maquinário precisa ser substituído. Os fabricantes aproveitam o impulso consumista do público mais entusiasta para vender as primeiras unidades muito mais caro (o que cria a impressão de que a nova tecnologia é mais cara), mas, uma vez que os custos iniciais são amortizados, os produtos da nova geração acabam custando o mesmo, ou menos que os anteriores, mesmo incluindo mais funções.

Assim como os demais componentes, os chipsets evoluíram e incorporaram mais funções. Nos micros 386, até mesmo as interfaces IDE e portas seriais eram adicionadas através de placas adicionais, enquanto a maioria das placas atuais oferece, além das interfaces básicas, também interfaces vídeo, som e rede onboard. Ou seja, oferecem a um custo muito baixo funções que antes precisavam ser adicionadas através de placas extras.

A grande maioria dos chipsets segue o projeto tradicional, onde as funções são divididas em dois chips, chamados de porte norte (north bridge) e ponte sul (south bridge). Nos últimos anos esta designação anda um pouco de moda, com os fabricantes adotando nomes pomposos, mas ainda pode ser utilizada como uma definição genérica.

A ponte norte é o chip mais complexo, que fica fisicamente mais próximo do processador. Ele incorpora os barramentos “rápidos” e funções mais complexas, incluindo o controlador de memória, as linhas do barramento PCI Express, ou o barramento AGP, além do chipset de vídeo onboard, quando presente.

As placas para processadores AMD de 64 bits não possuem o controlador de memória, já que ele foi movido para dentro do processador. Nas placas atuais, a ponte norte do chipset é sempre coberta por um dissipador metálico, já que o chip responde pela maior parte do consumo elétrico e, consequentemente da dissipação de calor da placa mãe. Em alguns casos, os fabricantes chegam a utilizar coolers ou até mesmo heat-pipes para refrigerá-lo:

Ponte norte do chipset

A ponte sul é invariavelmente um chip menor e mais simples que o primeiro. Mas placas atuais ele incorpora os barramentos mais lentos, como o barramento PCI, portas USB, SATA e IDE, controladores de som e rede e também o controlador Super I/O, que agrupa portas “de legado”, como as portas seriais e paralelas, porta para o drive de disquete e portas do teclado e mouse (PS/2).

Ponte sul

É comum que os fabricantes adicionem funções adicionais ou substituam componentes disponíveis na ponte sul incluindo controladores externos. Com isso, podem ser adicionadas portas SATA ou IDE adicionais, o controlador de audio pode ser substituído por outro de melhor qualidade ou com mais recursos, uma segunda placa de rede onboard pode ser adicionada e assim por diante. Entretanto, com pouquíssimas excessões, as funções da ponte norte do chipset não podem ser alteradas. Não é possível adicionar suporte a mais linhas PCI Express ou aumentar a quantidade de memória RAM suportada (por exemplo) adicionando um chip externo. Estas características são definidas ao escolher o chipset no qual a placa será baseada.

Embora incorpore mais funções (em número) as tarefas executadas pela ponte sul são muito mais simples e os barramentos ligados a elas utilizam menos trilhas. Normalmente, os fabricantes utilizam as tecnologias de produção mais recente para produzir a ponte norte, passando a produzir a ponte sul utilizando máquinas ou fábricas mais antigas.

No caso de um fabricante que produz de tudo, como a Intel ou a AMD, é normal que existam três divisões. Novas técnicas de produção são usadas para produzir processadores, a geração anterior passa a produzir chipsets e chips de memória, enquanto uma terceira continua na ativa, produzindo chips menos importantes e controladores diversos. Isso faz com que o preço dos equipamentos seja melhor amortizado. No final, o maquinário obsoleto (a quarta divisão) ainda acaba sendo vendido para fabricantes menores, de forma que nada seja desperdiçado. 🙂

Nos antigos chipsets para placas soquete 7 e slot 1, como o Intel i440BX e o Via Apollo Pro, a ligação entre a ponte norte e ponte sul do chipset era feita através do barramento PCI. Isso criava um grande gargalo, já que ele também era utilizado pelas portas IDE e quase todos os demais periféricos. Nestas placas, até mesmo o barramento ISA era ligado no sobrecarregado barramento PCI, através de um chip conversor, o PCI-to-ISA bridge.

Nas placas atuais, a ligação é feita através de algum barramento rápido (muitas vezes proprietário) que permite que a troca de informações seja feita sem gargalos. Não existe uma padronização para a comunicação entre os dois chips, de forma que (com poucas excessões), os fabricantes de placas mãe não podem utilizar a ponte norte de um chipset em conjunto com a ponte sul de outro, mesmo que ele seja mais barato ou ofereça mais recursos.

O chipset é de longe o componente mais importante da placa mãe. Excluindo o chipset, a placa mãe não passa de um emaranhado de trilhas, conectores, reguladores de tensão e controladores diversos. Placas que utilizam o mesmo chipset, tendem a ser muito semelhantes, mesmo quando fabricadas por fabricantes diferentes.

Devido à diferenças no barramento e outras funções, o chipset é sempre atrelado a uma família de processadores específica. Não é possível desenvolver uma placa mãe com um chipset AMD que seja compatível com processadores Intel, por exemplo.

Como o chipset é também o componente mais caro da placa mãe, ele também é um indicador da qualidade geral da placa, já que placas com chipsets baratos, sobretudo as com os modelos mais simples da SiS e VIA tendem a ser “baratas” também em outros aspectos. Por outro lado, é raro que um fabricante utilize um chipset mais caro, da Intel ou nVidia, em uma placa de segunda linha.

Vamos então a um resumo dos principais chipsets utilizados dos micros Pentium até os dias de hoje.