El chipset: northbridge y southbridge

En este modelo de motherboard, tanto el northbridge 

como el southbridge se refrigeran mediante disipadores.

El chipset del motherboard (o circuito auxiliar integrado) define la estabilidad, rendimiento, calidad en el funcionamiento y capacidad de overclocking, no solamente de la placa base, sino del equipo completo. El chipset es el componente más importante del motherboard: especifica sus prestaciones, como por ejemplo qué procesadores soportará la placa base, a qué frecuencia operarán sus buses, con qué tipo de memoria RAM será compatible, y qué interfaces de disco, video y demás puertos serán soportados. 

El significado de su nombre proviene de conjunto de chips, ya que originalmente el chipset estaba formado por decenas de pequeños circuitos integrados; al menos era así en los motherboards para procesadores Intel 80286 y 80386. Luego, gracias a la miniaturización, el número de chips se fue reduciendo hasta integrar decenas de chips en tan solo un puñado, y en la actualidad la tendencia de los fabricantes es la de concentrar todo en dos o tres encapsulados. En definitiva, hoy en día el chipset está formado por dos componentes principales: el northbridge (puente norte) y el southbridge (puente sur), cuyos nombres provienen de su correspondiente ubicación en el PCB del motherboard si miramos este verticalmente (el northbridge estará arriba, junto al procesador; mientras que el southbridge quedará ubicado abajo, cerca de los zócalos de expansión). 

El northbridge se encarga de gestionar las operaciones entre el procesador y los dispositivos de alta velocidad, como la memoria RAM, la interfaz de video y el bus PCI Express x16; mientras que el southbrigde se encarga de controlar las conexiones con los dispositivos de menor velocidad, como los buses PCI Express x1 y PCI, la controladora de discos, el controlador USB, el audio integrado, etc. Vale aclarar que, en ciertos motherboards, sobre todo los de gama baja –y mientras la complejidad del diseño del circuito y su fabricación lo permitan–, el northbridge y el southbridge pueden integrarse en un mismo chip. También existe un tercer chip, llamado Super I/O, aunque en algunos casos sus funciones son controladas por el propio southbridge. Estas son: controlar el teclado y el mouse PS/2, albergar la controladora FDC (Floppy Disk Controller) y administrar el puerto serie y el paralelo. 

El northbridge 

El northbridge (o puente norte) es la parte principal que conforma el chipset, y fue concebido como concepto junto con la especificación ATX. El northbridge se encarga de controlar el tráfico entre el procesador –a través del bus QPI o del Front Side Bus–; la memoria RAM –por medio del bus de memoria–; la interfaz de video –por medio del bus PCI Express y el southbridge, a través de un bus que los interconecta, del cual hablaremos más adelante. Todas las tareas que lleva a cabo el northbridge implican una gran cantidad de cálculos. 

A causa de esto, el integrado suele generar altas temperaturas, y, por este motivo, la mayoría de los fabricantes opta por colocar encima del puente norte un disipador de calor, un cooler o heat pipes (como se está viendo en los modelos de motherboards más avanzados y recientes). El northbridge se solía conectar al procesador por medio de un bus de datos muy especial: el FSB (Front Side Bus), el cual define el rendimiento del motherboard. Este componente del chipset es el encargado de mantener la sincronización entre los distintos buses del sistema y el FSB. Los procesadores más recientes emplean buses como el QPI (de Intel) o el Direct Connect (en el caso de AMD). Esta distribución ha ido cambiando con el correr del tiempo. 

Por ejemplo, los chipsets para procesadores AMD Athlon 64 o Intel Core i7 no poseen controlador de memoria, ya que esa función viene implementada en el propio procesador. En plataformas anteriores, el controlador del bus PCI se encontraba en el northbridge, elemento que actualmente está incorporado en el puente sur. En realidad, lo que se intenta lograr con estos cambios es su dedicación exclusiva a las transacciones entre el procesador y la interfaz gráfica. Es más, en algunos casos, los northbridge incorporan el controlador gráfico en el mismo encapsulado, con el objeto de ganar rendimiento, accediendo de manera más rápida la memoria que comparten con la del sistema. 

Para acelerar aún más la comunicación entre procesador y GPU, los fabricantes de procesadores están integrando, en algunos modelos, el GPU en el mismo encapsulado que el CPU, prescindiendo del northbridge (o reemplazándolo con un chip llamado PCIe Bridge, encargado únicamente de administrar transacciones entre el bus PCI-Express y el o los procesadores).Antes de la llegada de procesadores con el controlador de memoria RAM incorporado, el northbridge también era conocido como MCH (Memory Controller Hub o vínculo controlador de memoria), al menos en los chipsets desarrollados por Intel. Como hoy en día todos los procesadores incorporan el controlador de memoria, este nombre cayó en desuso. 

El southbridge 

El objetivo de este integrado es el de controlar gran número de dispositivos, como la controladora del bus PCI, los puertos USB y Firewire, y las controladoras para unidades Serial-ATA y Parallel-ATA, entre otras funciones. Vale aclarar que el fabricante Intel suele denominar al southbridge (y a ciertas funciones que dependen de él) con determinados nombres. Por ejemplo, durante la década de 1990, Intel denominaba al southbridge con una famosa sigla: PIIX (PCI IDE ISA Xcelerator), implementación que llegó a contar con varias versiones que fueron evolucionando (PIIX3 y PIIX4 para motherboards de escritorio, y PIIX5 para servidores). 

Actualmente, Intel se refiere al southbridge como ICH (I/O Controller Hub). Esta denominación nació en 1999 con la primera versión del southbrigde Intel 82801, que luego evolucionó hasta su actual versión (ICH10). Intel también utiliza otras siglas para referirse a ciertas funciones que administra el ICH, como OHCI (Open Host Controller Interface), que se encarga de administrar las conexiones USB 1.1 y FireWire; UHCI (Universal Host Controller Interface), que es la parte del southbridge encargada de gestionar las conexiones USB 1.0; y EHCI (Enhanced Host Controller Interface), encargada de controlar funciones USB 2.0. Es muy común ver estas interfaces coexistiendo en un motherboard moderno; cada una asume el rol correspondiente según se conecten al sistema dispositivos USB de distintas versiones. 

Como solución a este pequeño enjambre de controladoras, Intel propuso la interfaz xHCI (Extensible Host Controller Interface), que proporciona compatibilidad con todas las normas USB (3.0, 2.0 y 1.1) junto con importantes ventajas: menor consumo, mayor velocidad y mejor soporte para tecnologías de virtualización. Existe además una especificación llamada AHCI (Advanced Host Controller Interface) que ya ha alcanzado su revisión 1.3, y se encarga de controlar las unidades Serial-ATA. El southbridge es también el encargado de alojar una pequeña memoria conocida como CMOS RAM, la cual almacena la configuración que se establece mediante el Setup del BIOS: cantidad y tipos de discos duros conectados, además de parámetros que afectan al procesador, la memoria RAM y el bus PCI-Express, entre otros. 

Un componente relacionado a la memoria CMOS RAM es el RTC (Real Time Clock) o reloj de tiempo real, y también suele estar integrado en el southbridge. Se trata de un simple contador digital de fecha y hora que impacta constantemente su valor actual en la memoria CMOS RAM. El southbridge también se encarga de administrar las peticiones de interrupción (IRQ) y el acceso directo a memoria (DMA) que los dispositivos necesitan para comunicarse con el procesador y la memoria RAM, respectivamente.