电脑芯片组的发展-近代前期 (上)

年代起讫:2000 – 2004

我划入近代前期的部分,在 Intel 阵营而言主要是对应基于 Netburst 架构处理器的部分,也就是 Pentium 4、Celeron D、Pentium D、Pentium Extreme Edition 等系列的处理器,在芯片组命名上 Intel 主要将其划归为 800 系列与 900 系列。

以下的介绍将以北桥为主,如同上上节的规划,配合 Intel 南桥芯片经常有混搭的情形,所以我基本上会在本篇最后才一次介绍本篇有提及的北桥芯片所能搭配的各款南桥。

Intel 850/850E 芯片组

发布时间:2000 年 11 月 (850)、2002 年 05 月 (850E)芯片组成:82850/82850E (MCH 北桥) + ICH2 (南桥)

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Intel 850 芯片组 (代号为 Tehama) 是 Pentium 4 推出时搭配打头阵的芯片组,发布于 2000 年 11 月 (与 Intel 815 系列芯片组大致上同期),可以支持 400 MHz 的前端总线 (FSB),搭配的处理器则为 Willamette 核心或 Northwood 核心的 Pentium 4 处理器 (基于 Socket 423 或 Socket 478),与之搭配的南桥芯片则是与 815 系列相同的 ICH2。

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虽然分别已经在第二章介绍 Netbust 架构处理器与第三章介绍 RDRAM 的失败史时谈到这款芯片组很多次了,但这款芯片组最主要的特色与失败点-只支持 RDRAM 还是不得不谈的,这款芯片组支持四条 PC600/PC800 RDRAM (最大总容量为 2 GB),而且可以支持 ECC 与双信道技术 (最大内存带宽来到了 3.2 GB/s)。

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至于推出于 2002 年 05 月的 Intel 850E 芯片组的部分则是移除了对 Socket 423 制式的 Willamette 核心 Pentium 4 处理器的支持,并加入了对 533 MHz 前端总线及 PC1066 RDRAM (带宽最高拉高到 4.2 GB/s) 的支持,除此之外其他特色则与 Intel 850 芯片组大致相同。

Intel 860 芯片组

发布时间:2001 年 05 月芯片组成:82860 (MCH 北桥) + ICH2 (南桥)

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Intel 860 芯片组 (代号为 Colusa) 基本上可以视为 Intel 850 芯片组的服务器版本 (地位上类似于今天出给 Xeon E5 搭配用的芯片组),一如先前几代的做法,Xeon 处理器虽然与同代的 Pentium 4 处理器使用相似的架构,但是彼此不兼容的,Intel 860 可以一次搭配两颗前端总线为 400 MHz 的 Xeon 处理器使用。

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在内存支持的部分大致上是与 Intel 850 芯片组相同,但 Intel 860 芯片组可以透过运用两颗 82803AA (MRH-R, Memory Repeater Hub for RDRAM) 芯片来将内存支持上限扩增一倍来到 4 GB。

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另一项主要的不同则是在北桥的对外接口上,一般来说消费性芯片组的北桥芯片只会有一个 IHA (Intel Hub Architecture) 接口,而 Intel 860 芯片组则有三个,除了原先用于连接 ICH2 南桥芯片的接口之外,多出来的两个接口则是可以用于连接 82806AA (P64H, PCI 64 Hub) 芯片来提供 64-bit PCI 插槽,此外 Intel 860 芯片组提供的 AGP 通道也提升为 AGP Pro。

Intel 845 芯片组家族

发布时间:2002 年 01 月 (845)、2002 年 05 月 (845E/GL/G)、2002 年 10 月 (845GE/PE/GV)芯片组成:MCH + ICH2 (仅 845) / ICH4 (其余各型号)

最早出现于 2002 年初,代号为 Brookdale 的 Intel 845 芯片组可以说是 Pentium 4 及同期处理器开始大发利市的开始,其中最主要的因素就是回头支持一般的 DDR SDRAM 与 SDR SDRAM (一律不支持 ECC) 了,这让导入 Netburst 架构的初期成本下降了不少,来到了一般人可以接受的层级,所有 845 家族的成员都只能支持 Socket 478 制式的处理器,并且不支持 Prescott 核心。

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由于 845 芯片组家族的成员有很多 (845、845E、845GE、845PE、845GL、845GV、845G),因此以下我会用表格的方式来呈现这几款芯片组的差异:

注记:845 芯片组为官方文件表明不支持 533 MHz 前端总线,但实际上 845 芯片组与 845E 芯片组在北桥部分并无分别,另 845G 芯片组仅有 B1 步进以后的版本才支持 Hyper-Threading。

而关于 845G/845GE/845GL/845GV 的内建显示单元呢,使用的是 Intel 第二世代的内建显示 (Intel Extreme Graphics),其中除了 845GE 的显示单元运作频率较高,为 266 MHz 之外,其余型号整合的内建显示单位是运作于 200 MHz,性能上大约与 GeForce 2 MX 200 独立显示适配器相仿。

Intel 875P 芯片组

发布时间:2003 年 04 月芯片组成:82875P (MCH) + ICH5/ICH5R

研发代号为 Canterwood 的 Intel 875P 芯片组与等一下会见到的 865 芯片组家族算是同期的产品,从产品编号的选用上可以知道 875P 是属于比较高级的定位,若以今日 Intel 的产品规划来说,其实有点类似 C2XX 系列的工作站与服务器芯片组的位阶 (因为 875P 也是能够支持 ECC 与 Parity 内存的一款芯片组)。

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在发布当时 875P 可以说是市面上功能最为强大的芯片组,除了能够支持的前端总线频率首次被提高到 800 MHz 之外,还加入了 AGP 3.0 8x 信道的支持,在内存支持方面也有长足的进步,除了可以支持的最高速度来到了 DDR400 以外,还纳入了双通道技术的支持,能够使用的内存容量也翻倍来到了 4 GB,并搭配了新的 ICH5 南桥,所以扩展能力也是当时的一时之选。

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在处理器搭配方面 875P 芯片组可以支持 Prescott 与 Northwood 核心的 Pentium 4 处理器,根据主板的不同可以使用 LGA775 制式或 Socket 478 制式的处理器。

此外值得注意的是,Intel 875P 芯片组南北桥之间的联机方式与先前有所不同,似乎是由于 ICH5 本身为了在日后提供第二代的 Hub Interface (集线器接口) 支持的关系,所以搞了一个 Hub Interface 1.5 版,在电气特性的部分是采 2.0 版的规格,但在通讯协议方面则沿用 1.0 版的设计,因此传输速率并没有提升,仍然维持在 266 MB/s。

Intel 865 芯片组家族与 848P 芯片组

发布时间:2003 年 05 月 (除 865GV)、2003 年 09 月 (865GV)芯片组成:MCH + ICH5/ICH5R

研发代号为 Springdale 的 865 芯片组家族整体而言编制与 845 芯片组家族相当类似,可以视为 845 芯片组家族的升级版,主要的差异是在特性上更加接近高阶的 875P 芯片组,但面向的是消费性市场因此取消了对 ECC 内存的支持。

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绝大多数型号都提供了对 DDR400 内存的支持 (部分型号还支持双通道技术),字尾有 G 的型号则是整合了强化版本的第二代内建显示核心 Extreme Graphics 2。

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至于南桥的部分毫无意外地也改搭配上新的 ICH5/ICH5R,让系统的扩展能力获得了相当大的提升,不同于 875P 的高端定位,865 芯片组家族更贴近消费性市场,因此并不提供对 ECC 与 Parity 内存的支持。


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注记:848P 芯片组基本上可以视为不支持双通道技术的 865PE 芯片组,因此划归于此处,但 848P 芯片组的开发代号为 Breeds Hill 而未与其他 865 芯片组家族成员共享 Springdale 代号。

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至于处理器支持的部分,865 芯片组家族仍然是同时有搭配 Socket 478 与 LGA775 两种插槽主板存在的。


Intel ICH 第二世代

介绍完最后一款归属 800 系列的 Intel 芯片组之后,篇幅也差不多了,所以我打算把之后的芯片组留待下篇介绍,最后照惯例是要介绍前面这些芯片组内搭配的南桥芯片的,在进入 Pentium 4 世代之后,直到 915P 芯片组的大改版之间 Intel 一共对南桥芯片进行了三次改版。

还记得上上次我们介绍到 ICH2 吗?所以接着下来理所当然就是 ICH3 了,不过如果你还记得前面的内容的话,应该会发现在 845 芯片组家族这一世代当中,除了最原始的 845 芯片组是搭配我们已经介绍过的 ICH2 之外,845E 芯片组等成员就直接跳级搭配 ICH4 了对吧?

实际上 ICH3 是存在的,并没有被 Intel 跳过,但只推出了与 E7501 等服务器级芯片组 (类似于今天搭配 Xeon E7 家族处理器的芯片组) 搭配的服务器版本 ICH3-S (下图) 与搭配笔记本电脑用的 830、845 芯片组使用的行动版本 ICH3-M,并没有搭配桌面计算机的版本 (均发布于 2001 年)。

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ICH3 的绝大多数特性都是沿袭 ICH2 而来,主要的差异仅有对 ATA 控制器加入了「Native Mode」、对 2.0 版本 SMBus 与新版 SpeedStep 省电技术的支持、在 ICH3-S 中的 USB 1.1 端口数量增加到六个这些而已。

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至于 ICH4 (上图) 的部分 (发布于 2002 年),则是以 ICH3-S 的基础整合了 USB 2.0 控制器 (全部 6 个端口都支持 USB 2.0) 与新版本的 AC'97 音效 (2.3 版)。

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最后要看到的是 ICH5 (发布于 2003 年,上图),在 Intel 的南桥芯片发展史中 ICH5 是一个蛮大的改版,因为首次加入了 SATA 控制器 (提供两个 1.5 Gbps 端口),让硬盘的传输性能大幅飙升,PCI 的部分也升级为 2.3 版,USB 2.0 端口增加到 8 个,与北桥之间的链接总线在电气特性上也有所变化。

ICH5 也是 Intel 第一次将北桥芯片在桌面计算机市场中分为多个版本 (以往都只分出服务器版、桌面计算机版、笔记本电脑版而已),除了行动版本的 ICH5-M 之外,还有首次在消费性市场加入对 RAID0、RAID1 与 Intel Matrix Storage Manager 支持的 ICH5R 及服务器专用版本的 6300ESB。

看完近代前期的 Intel 自家芯片组之后,接下来我想谈的是与上节同时期、非 Intel 自家出品的 Intel 平台芯片组 (由于篇幅有限所以我打算只谈 SiS 与 ATi 的产品),至于 SiS、ATi、NVIDIA 等厂商推出可用于 AMD 平台上的芯片组则会留待下篇详述。

此外,关于 SiS 的部分由于后来效法了 Intel 可自由混搭南桥芯片的作法,因此我同样会把南桥的部分集中在最后一次说明,文章的部分将以北桥的部分为主体。


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