칩 셋 (Chip Set)

순 서 ● 칩셋이란 ? ● 칩셋의 발전 ● 칩셋의 구조 ● 칩셋의 변화 ● 1,2 세대 칩셋 소개 ● 최근 동향 ● 칩셋의 문제점 ● 새로운 칩셋의 구조 ● 인텔, VIA, SIS

칩셋이란 ? ChipSet( 칩셋 ) 이란 마더보드 상에 장착된 CPU, 메모리, PCI 슬롯 (slot) 이 데이터를 주고받도록 이를 제어하는 기능을 수행하는 대규모 집적회로군의 총칭이다. 마이크로프로세서와 캐시, 시스템 버스 및 주변장치들 사이의 데이타 전송을 중재하는 역할을 수행한다. 메모리 컨트롤러, 버스 컨트롤러 등 복수의 칩으로 구성된다

버스 경합 (Bus Contention) - 여러 개의 버스 마스터들이 동시에 버스 사용을 요구하 는 경우에 경쟁이 발생 버스중재 (Bus Arbitration) - 어떤 기준에 따라 버스 마스터들 중에서 한 개씩만 선택 하여 순서대로 버스를 사용할 수 있게 해주는 동작 - 연결구조에 따라 -> 병렬 중재 방식 직렬 중재방식 - 중재기의 위치에 따라 -> 중앙집중식 중재 방식 분산식 중재 방식

칩셋의 발전 1986 년 C&T(Chips and Technology) 는 혁신적인 82C206 칩을 발표하였다 -> 82C206 에는 버퍼와 메모리 컨트롤러 기능을 하는 4 개의 CS8220 칩이추가되어 칩셋을 구성 4 개의 칩으로 구성된 82C206 의 칩 수가 3 개로 줄면서 NEAT (New Enhanced AT) CS8221 칩셋을 발표 -> 후에 82C836 Single Chip AT(SCAT) 라는 싱글 칩으로 발전 칩셋 -> 인텔이 만든 최초의 메인보드 칩셋 386DX 와 486 프로세서에 사용 i420 칩셋 -> 최초의 노스브릿지 - 사우스브릿지 형태의 칩셋

칩셋의 구조 노스 브릿지 (North Bridge) CPU, 램, AGP 나 PCI 에 연결된 확장CPU 램AGPPCI 카드들을 연결하고 조정해주는 일을 한다. 사우스 브릿지 (South Bridge) 하드디스크, CD 롬, 슈퍼디스크, 하드디스크CD 롬 프린터, USB 기기등을 담당. 프린터USB 정보를 수집 노스브리지로 옮기는 노스브리지 일을 한다.

칩셋의 변화 1 세대 칩셋 : 인텔의 420 칩셋과 그 이후 펜티엄 칩셋까지의 노스브릿지 - 사우스브릿지의 구조가 사용된 칩셋이다. 처음으로 로컬 버스라는 개념이 도입되었다. (420 칩셋. HX,VX,TX 등 ) 2 세대 칩셋 : AGP 가 적용된 칩셋, AGP 는 로컬버스이며, PCI 에 그 기술의 기반을 두고 있기는 하지만 방대한 데이터전송 대역폭을 요구하는 비디오 어댑터를 위하여 완전히 독립하여 동작하도록 설계되었다. VGA 와 메모리간의 직접 연동까지도 가능하다. ( LX,BX,KT133 등 ) 3 세대 칩셋 : 노스브릿지 - 사우스브릿지를 서로 이어주는 데이터 연결 버스가 보다 넓어지고 빨라졌다는 것이 가장 큰 변화점이라 하겠다. PCI 버스는 완전히 사우스브릿지의 제어권에. 즉 노스브릿지에 빠른 장치만의 연결을 사용한다. 3 세대 칩셋에는 이 외에도 각 제조사별로 독자적인 기술들이 적용된다. ( 인텔 800 시리즈, SIS 735, 645, VIA KT266(A), nForce)

AGP (Accelerated Graphic Port) - 평범한 보통 PC 에서 3 차원 그래픽 표현을 빠르게 구현할 수 있게 해주는 버스 구격 PCI (Peripheral-Component Interconnect) 년 새롭게 제정된 33MHz 의 전송속도로 32bit 데이터 를 처리하는 버스규약

▲ 430LX (Mercury) 싱글 프로세서 지원 512KB L2 캐시 192MB 메모리 지원 ▲ 430NX (Neptune) 듀얼 (Dual) 프로세서 지원 시스템 메모리 512MB 지원 ▲ 430FX (Triton) EDO 메모리 파이프라인 버스트캐시 싱크노러스 SRAM 고성능의 버스마스터 IDE 와 PIIX South Bridge 메모리 패리티 체크 비지원 싱글 CPU 지원 128M 지원 (64MB 까지 캐시가능 ) PCI 2.0 AMD 사이릭스의 호환 CPU 지원 X 1 세대 칩셋 (1) (Pentium 60, 66) (Pentium 75, 90, 100) (Pentium 75~200)

1 세대 칩셋 (2) ▲ Intel Triton II (430HX) Parity 와 ECC 메모리 듀얼 (Dual) 프로세서 512MB 까지 메모리 512MB 까지 시스템 메모리 캐시 빠른 메모리 타이밍과 추가된 I/O 버퍼들로 인한 성능 향상 PCI 2.1 지원으로 Concurrent PCI 동작 가능 USB 지원 IDE/ATA 드라이브의 독립적인 디바이스 타이밍

1 세대 칩셋 (3) ▲ Intel Triton II (430VX) 66MHz SDRAM 지원 No Parrity /ECC 메모리 지원 싱글 프로세서 지원 128MB 지원 64MB 까지 캐싱 SMBA(Shared Memory Buffer Architecture) 를 지원하므로 메인 메모리를 비디오 메모리로 사용할 수 있는 기능 지원 66MHz SDRAM 지원 64M 까지 메모리 캐시 지원 Ultra ATA 지원 모빌머신에서 사용하기위한 낮은 전력소모 Parity/ECC 메모리 지원하지 않음 싱글 (Single) 프로세서 지원 ▲ Intel Triton III (430TX)

2 세대 칩셋 (1) ▲ 440LX AGPset 3D 그래픽과 비디오 성능 향상을 위해 최초로 AGP 지원 SDRAM 을 지원하여 메모리의 빠른 읽기와 쓰기 펜티엄 II 프로세서와 그래픽 컨트롤러간의 빠른 데이터 스트리밍 IDE 주변장치를 위한 UltraDMA/33 지원 최대 512MB 메모리 지원 ( 슬롯당 128MB 까지 장착 X4 메모리 슬롯 지원 ) 듀얼 CPU 지원 100MHz SDRAM 을 지원하므로서 인텔 펜티엄 II 프로세서의 성능을 최적화 100MHz 와 66MHz 의 시스템과 메모리 버스를 동시에 지원 ACPI 파워 관리 규격 준수 데스크탑과 모빌 플랫폼에서 "Wired for Management" 기능 지원 모빌 펜티엄 II 프로세서 지원 ▲ 440BX AGPset

2 세대 칩셋 (2) ▲ Apollo Pro 133A (694X) 팬티엄 III 프로세서에서의 성능을 최적화 66MHz, 100Mhz, 133Mhz 의 시스템과 메모리 버스를 비동기식 지원 IDE 주변장치를 위한 UltraDMA/66 지원 ( 후에 UltraDMA/100 지원 ) AGP 4X 를 지원 (AGP 2X 의 532MB/s 와 비교하여 1GB/s 이상의 속도 ) 소켓 A 방식의 AMD 애슬론, 듀론 칩셋을 지원하는 칩셋 EV6 방식을 사용 200Mhz, 266Mhz 를 지원 AGP 4X 를 지원 IDE 주변장치를 위한 UltraDMA/100 (VT82C686B) 기존 노스브릿지와 사우스브릿지 기술 사용 PC 133 SDRAM 과 VC133 DRAM 을 모두 지원, 최대 2G 까지 장착 가능 ▲ Apollo KT 133A (KT133A)

칩셋의 문제점 ▲ 기존 칩셋의 문제점 PCI 기기들은 모두 133MB/s 의 PCI 버스를 사용한다 사우스브릿지 역시 하나의 PCI 기기로 동작한다 PCI 기기들이 동시에 동작할 경우 그 효율성은 크게 저하된다 IDE 기기의 경우 ATA/100 을 사용 두개의 채널을 사용하기때문에 200MB/s 의 대역폭이 필요 사우스 브릿지 자체도 병목현상이 생김

새로운 칩셋의 구조 ▲ 새로운 칩셋의 구조 사우스브릿지 위상과 PCI 버스의 제어권 확보. 노스브릿지와 사우스브릿지를 연결 하고 있던 인터페이스는 PCI 가 아닌 각 사의 독자적 인터페이스로 변경 인텔의 허브아키텍처 (266MB/s) VIA 의 V-LINK (266MB/s) SIS 의 MuTIOL (1.2GB/s) AMD 의 HyperTransport (800MB/s)

인 텔 ▲ 800 시리즈 (i820, i815, i850, i845) 800 계열 칩셋의 기본구조는 축적허브구조 (Accumulated Hub Architecture) 라 불리는 ' 허브 아키텍쳐 ' 이다. 노스브릿지의 경우 메모리와 프로세서, AGP 버스 사이에서 오가는 데이터를 제어하기 때문에 그 이름이 MCH(Memory Controller Hub) (82820,82815) 사우스브릿지는 PCI 를 비롯한 각종 입출력기기를 총괄하기 때문에 ICH(I/O Controller Hub) 라 명칭된다. (82801AA, 82801BA) 인텔의 칩셋은 MCH(GMCH-Graphics Memory Controller Hub) 와 ICH(IO Controller Hub), FWH(Firmware Hub) 의 조합으로 이루어진다.

인 텔 ▲ 800 시리즈 (i820, i815, i850, i845) 칩셋의 기본스펙

V I A ▲ VIA Apollo Pro 266, Apollo KT 266 메모리의 지원이 DDR 메모리부터 VC 메모리까지 골고루 지원하며, 최대 4.0GB 까지 사용 기본적으로 V-LINK 아키텍처를 지원한다. 인텔과 마찬가지로 노스브리지와 사우스 브릿지의 조합으로 칩의 성능이 결정된다. 사우스 브릿지로는 VT8233 을 사용한다.

V I A 칩셋의 기본스펙 ▲ VIA Apollo Pro 266, Apollo KT 266

S I S 특징은 원칩 솔루션이다 노스브릿지 / 사우스브릿지가 통합 MuTIOL 아키텍처로 1.2GB 라는 높은 대역폭, 6 개의 PCI 버스가 동시에 동작할 수 있다. 원칩으로 높은 성능. 그렇지만 새로운 기능이 나왔을 때 이를 그 즉시 적용할 수 없다는 단점. ▲ SIS 635, SIS 735

S I S 칩셋의 기본스펙 ▲ SIS 635, SIS 735

최근 동향 (1) ▲ 인텔의 845B, VIA 의 P4X266(A), SIS 645 현재 각 회사에서 발표한 팬티엄 4 지원 칩셋이다. 이 칩들의 지원 메모리는 DDR 메모리이다. 이들 칩은 478 소켓을 기본지원으로 한다. FSB 400Mhz 를 지원한다. 아키텍쳐 상으로는 SIS 654 칩이 가장 우위에 있다. ▲ VIA 의 KT266A, SIS 735,745, nVIDIA 의 nForce 이 칩들은 AMD 애슬론 XP 지원 칩셋이다. 이 칩들의 지원 메모리는 DDR 메모리이다. 각각 팬티엄 4 지원 칩셋이랑 비슷하며 EV6 시스템 버스를 사용, 266Mhz FSB 로 작동한다. nForce 는 성능상으로 Twinbank Memory Controller 을 지원 그래픽 코어를 내장하고 있는 칩셋이다.

최근 동향 (2) ▲ 인텔의 i845(D) 쓰기 캐쉬 (write cache) 를 도입한 SDRAM 용 칩셋 845 와 845D 의 차이는 메모리 지원이 SDRAM 과 DDR-SDRAM 대역폭이 기존 1.06GB/s 에서 2.1GB/s 로 증가 최대 3GB 의 메모리를 지원 In Order Queue(IOQ) 의 깊이가 i850 의 8 레벨에서 12 레벨로 증가 동시에 열 수 있는 페이지의 수는 8 개에서 24 개로 증가

최근 동향 (3) ▲ SIS 의 645 DDR200, DDR266, DDR333 을 지원하는 칩셋 대역폭이 533MB/s 로 향상 3G 메모리를 지원 SiS961 MuTIOL 의 사우스브릿지 Delivering 기술 채용 노스 - 사우스 브릿지 사이의 533MB/s 의 전송대역폭 In Order Queue(IOQ) 의 깊이가 12 레벨

▲ SIS645, i850

최근 동향 (4) ▲ nVIDIA 의 nForce IGP(Integrated Graphics Processor) 와 MCP(Media and Communications Processor) 구성 Gforce 2 MX 급의 VGA 내장 TwinBank Memory Architecture 128 메가의 메모리 버스사용 (64 메가 X 2) Hyper Transport 기술 채용 (800MB/s 전송률 ) 돌비 5.1 채널 지원 완벽한 통신 인터페이스 nForce220 과 nForce420

결 론 ▲ 칩셋 시장은 전쟁이다. 현재의 칩셋시장은 전쟁이라 할수 있다. 너무 빠른 발전을 해버린 CPU 때문에 하루가 다르게 쏟아져 나오는 칩셋은 선택하는데 어려움을 주고 있다. 그렇지만 CPU 나 그래픽 카드 만큼이나 칩셋은 중요하다. PC 의 전반적인 성능 에 영향을 주기 때문이다. 이런 상황에서 칩셋의 선택은 중요하다. 현재 전반적인 추세는 메모리가 DDR-RAM 으로 흘러 간다는 것이다. 그리고 CPU 와 메모리와의 병목현상, 그리고 다른 느린 주변장치들을 얼마나 효율적으로 처리해주는냐에 따라 칩셋의 성능이 결정된다. 또 하나 칩셋에서의 안정성. 성능이야 SIS 가 좋아고는 하지만. 역시 안정성은 인텔의 손을 들어줄수 밖에 없다. 이런 상황에서 인텔의 I845D, SIS 645, 그리고 통합칩셋의 nForce 가 좋은 선택이 될수 있다.

참고 자료

PC Dictionary ( 마이크로 소프트웨어 ) 컴퓨터 구조론 ( 생능출판사 ) 컴퓨터 시스템 구조론 ( 싸이텍 미디어 ) 80X86 마이크로프로세서 ( 홍릉과학출판사 ) 하드웨어 팔만대장경 ( 혜지원 )