Een CPU-chipset bestaat uit een of meer interne componenten die de belangrijkste interface vormen tussen de CPU en de rest van het systeem. De twee belangrijkste producenten zijn Intel en AMD, niet toevallig ook de belangrijkste producenten van CPU’s. Vroegere chipsets bestonden uit een north bridge en een south bridge, maar moderne CPU’s hebben de functionaliteiten van de north bridge grotendeels overgenomen.

Traditionele chipsets hadden twee hoofdcomponenten: de north bridge en de south bridge. De onderstaande afbeelding laat zien hoe deze onderdelen samenwerkten.

North bridge en south bridge chipset.

• North bridge De north bridge, ook wel de memory controller hub (MCH) genoemd, was verantwoordelijk voor de communicatie tussen de CPU, RAM en de videokaart. Dit was essentieel voor de snelheid van deze onderdelen. In moderne systemen is de north bridge echter vervangen door integratie in de CPU zelf, waardoor de latency en complexiteit zijn verminderd.
• South bridge De south bridge, ook wel de I/O Controller Hub (ICH) genoemd, regelt de communicatie met langzamere componenten, zoals opslagapparaten (bijvoorbeeld harde schijven en SSD’s), USB-poorten en netwerkverbindingen. Hoewel de term “south bridge” nog steeds gebruikt wordt, zijn moderne chipsets meer geïntegreerd en is de communicatie efficiënter geworden.

De Super I/O is een afzonderlijke chip die oudere apparaten zoals seriële en parallelle poorten ondersteunt, maar deze poorten worden steeds minder gebruikt, aangezien apparaten nu voornamelijk via USB werken. Daardoor verdwijnt de Super I/O-chip geleidelijk uit moderne systemen.

In moderne systemen is de functionaliteit van de north bridge verplaatst naar de CPU zelf. Dit zorgt voor een directe verbinding tussen de CPU en de belangrijke componenten, zoals RAM en PCIe-apparaten (vooral videokaarten), wat de prestaties van het systeem aanzienlijk verbetert.

Nieuwere chipset zonder north bridge en south bridge.

De bovenstaande afbeelding toont een moderne configuratie, waarin de CPU rechtstreeks is verbonden met het RAM-geheugen en de PCIe-bus. In dit voorbeeld is de Direct Media Interface (DMI) de verbinding tussen de CPU en de chipset, die verantwoordelijk is voor langzamere componenten zoals opslagapparaten, netwerkapparaten en USB-poorten.

Zeker! Hier is een extra sectie die dieper ingaat op de Platform Controller Hub (PCH):

---

In moderne computersystemen is de Platform Controller Hub (PCH) de opvolger van de traditionele north bridge/south bridge-architectuur. De PCH vervangt de afzonderlijke north en south bridges en fungeert als de belangrijkste interface tussen de CPU en de verschillende I/O-componenten in het systeem.

Intel X99 mainboard diagram.

Wat doet de PCH?

De PCH is ontworpen om de communicatie tussen de CPU en componenten met een lagere snelheid, zoals opslag, netwerk, en randapparatuur, te optimaliseren. In tegenstelling tot de oudere architectuur waarin de north bridge verantwoordelijk was voor snelle componenten (RAM en videokaarten) en de south bridge voor langzamere I/O-apparaten, centraliseert de PCH al deze taken in één enkele hub, wat zorgt voor een efficiëntere gegevensverwerking en lagere latency.

Hier zijn enkele belangrijke functies van de PCH:

1. Beheer van PCIe-lanes: De PCH beheert vaak een aantal PCIe-lanes die beschikbaar zijn voor uitbreidingskaarten, zoals netwerkkaarten, geluidskaarten en opslagcontrollers. Moderne CPU’s beheren een deel van de PCIe-lanes rechtstreeks voor prestatiekritieke componenten zoals videokaarten, terwijl de PCH de overige PCIe-lanes beheert voor minder prestatiegevoelige apparaten.

2. USB-controller: De PCH is verantwoordelijk voor de USB-interfaces van het systeem. Dit omvat de ondersteuning van zowel oudere USB-versies als nieuwere standaarden zoals USB 3.x en zelfs USB4 in de meest recente systemen. Dit zorgt voor snelle gegevensoverdracht tussen externe apparaten en de computer.

3. SATA- en NVMe-controllers: De PCH zorgt voor de verbinding met opslagapparaten, zoals traditionele harde schijven, SSD’s en NVMe-opslag. SATA-poorten worden via de PCH aangestuurd, terwijl de CPU rechtstreeks communiceert met NVMe-schijven via PCIe-lanes, wat een aanzienlijke snelheidswinst oplevert bij het gebruik van NVMe SSD’s.

4. Netwerk- en audiocontrollers: De PCH verzorgt ook de verbinding met netwerkinterfaces (bijvoorbeeld Ethernet) en ingebouwde audio. Deze controllers zijn doorgaans geïntegreerd op het moederbord en bieden standaardfuncties, hoewel gespecialiseerde geluidskaarten of netwerkkaarten extra prestaties kunnen leveren.

5. Thermisch beheer en energiebeheer: De PCH speelt een belangrijke rol in het beheer van thermische en energiegerelateerde functies. Het controleert bijvoorbeeld de temperatuur van verschillende componenten en kan de prestaties aanpassen om oververhitting te voorkomen. Daarnaast is het betrokken bij het regelen van de slaapstand en het energieverbruik van het systeem, vooral in laptops en andere mobiele apparaten.

Verbinding met de CPU via de Direct Media Interface (DMI)

De PCH communiceert met de CPU via de Direct Media Interface (DMI). DMI is een snelle verbinding die vergelijkbaar is met PCIe en zorgt voor een efficiënte gegevensoverdracht tussen de CPU en de PCH. Hierdoor kunnen gegevens van langzamere componenten zoals opslag, USB-apparaten en netwerkinterfaces snel naar de CPU worden doorgestuurd zonder prestatieverlies.

In moderne systemen is DMI essentieel om de CPU te ontlasten van minder cruciale taken en zorgt het ervoor dat de PCH de verwerking van I/O-verkeer efficiënt afhandelt. De snelheid van de DMI-verbinding is geëvolueerd en de nieuwste versies ondersteunen meerdere GB’s per seconde aan doorvoersnelheid, afhankelijk van de generatie van de chipset en het systeem.

Toekomst van de PCH

Met de steeds toenemende integratie van componenten in de CPU en de evolutie van PCIe- en andere interfaces, is de PCH ook aan voortdurende veranderingen onderhevig. In de toekomst kunnen we verwachten dat nog meer functies, zoals bepaalde I/O-taken, volledig door de CPU worden overgenomen, vooral in systemen die gericht zijn op lage latency en hoge prestaties.

---