مجموعة الشرائح

في نظام الحاسوب، تُعدّ مجموعة الشرائح مجموعة من المكونات الإلكترونية على دائرة متكاملة واحدة أو أكثر ، تُدير تدفق البيانات بين المعالج والذاكرة والأجهزة الطرفية . توجد مجموعة الشرائح عادةً على اللوحة الأم لأجهزة الحاسوب. تُصمّم مجموعات الشرائح عادةً للعمل مع عائلة محددة من المعالجات الدقيقة . ولأنها تتحكم في الاتصالات بين المعالج والأجهزة الخارجية، فإن مجموعة الشرائح تلعب دورًا حاسمًا في تحديد أداء النظام . يُستخدم مصطلح "مجموعة الشرائح" أحيانًا لوصف نظام على شريحة (SoC) يُستخدم في الهواتف المحمولة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

في مجال الحوسبة ، يشير مصطلح "مجموعة الشرائح" عادةً إلى مجموعة من الشرائح المتخصصة الموجودة على اللوحة الأم للحاسوب أو بطاقة التوسعة . في الحواسيب الشخصية ، كانت أول مجموعة شرائح لجهاز IBM PC AT عام 1984 هي مجموعة شرائح NEAT التي طورتها شركة Chips and Technologies لمعالج Intel 80286 .

في أجهزة الكمبيوتر المنزلية ، وأجهزة ألعاب الفيديو، وأجهزة ألعاب الصالات في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، كان مصطلح " مجموعة الشرائح" يُستخدم للإشارة إلى شرائح الصوت والرسومات المُخصصة . ومن الأمثلة على ذلك مجموعة شرائح جهاز أميغا الأصلي ومجموعة شرائح نظام 16 من سيجا .

في الحواسيب الشخصية التي تعمل بمعالجات x86 ، يشير مصطلح "مجموعة الشرائح" غالبًا إلى زوج محدد من الشرائح على اللوحة الأم: الجسر الشمالي والجسر الجنوبي . يربط الجسر الشمالي وحدة المعالجة المركزية بالأجهزة عالية السرعة، وخاصة ذاكرة الوصول العشوائي ووحدات التحكم في الرسومات ، بينما يتصل الجسر الجنوبي بناقلات الأجهزة الطرفية منخفضة السرعة (مثل PCI أو ISA ). في العديد من مجموعات الشرائح الحديثة، يحتوي الجسر الجنوبي على بعض الأجهزة الطرفية المدمجة ، مثل إيثرنت و USB وأجهزة الصوت .

غالبًا ما تأتي اللوحات الأم وشرائحها من شركات مصنعة مختلفة. اعتبارًا من عام 2021تشمل الشركات المصنعة لشرائح اللوحات الأم x86 كلاً من AMD و Intel و VIA Technologies و Zhaoxin .

في تسعينيات القرن الماضي، كانت شركة VLSI Technology في مدينة تيمبي بولاية أريزونا من أبرز الشركات المصممة والمصنعة للشرائح الإلكترونية . وشملت بعض ابتكاراتها دمج منطق جسر PCI، ومسرع الرسومات ثنائية الأبعاد GraphiCore، والدعم المباشر لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة (DRAM)، وهي السلف لذاكرة DDR SDRAM .

استخدمت أجهزة Apple Macintosh SE و Macintosh II ، ولاحقًا سلسلة Quadras ، شرائح من شركة VLSI Technology ، على الرغم من أنها كانت دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASICs) من تصميم Apple. بعد التحول إلى معالجات PowerPC ، استعانت Apple بموردين مختلفين لشرائح ASIC، مثل VLSI Technology و Texas Instruments و LSI Logic و Lucent Technologies (التي عُرفت لاحقًا باسم Agere Systems ). وعندما تحولت Apple إلى معالجات Intel، استخدمت شرائح الكمبيوتر الشخصي التقليدية.

في ثمانينيات القرن الماضي، كانت شركة Chips and Technologies رائدة في تصنيع شرائح المعالجة لأجهزة الكمبيوتر المتوافقة مع نظام التشغيل Windows. وتشترك أنظمة الكمبيوتر المنتجة منذ ذلك الحين في استخدام شرائح معالجة شائعة، حتى في مختلف تخصصات الحوسبة. على سبيل المثال، يمكن العثور على شريحة NCR 53C9x ، وهي شريحة منخفضة التكلفة تُنفذ واجهة SCSI لأجهزة التخزين، في أجهزة Unix مثل MIPS Magnum ، والأجهزة المدمجة، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية.

اعتمدت أجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف الذكية المبكرة على شرائح معالجة تعتمد على معمارية ARM، تجمع بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات وشرائح أخرى، متصلة بواجهة ناقل مثل AMBA . ^{[ 3 ]} لاحقًا، مع ظهور أجهزة iPhone و iPad ، شاع استخدام شرائح SoC في الهواتف الذكية. ^{[ 4 ]}

تقليديًا، في حواسيب x86، كان اتصال المعالج الرئيسي ببقية الجهاز يتم عبر الجسر الشمالي لشريحة اللوحة الأم. وكان الجسر الشمالي مسؤولًا بشكل مباشر عن الاتصالات مع الأجهزة عالية السرعة (مثل ذاكرة النظام وحافلات التوسعة الرئيسية، كبطاقات PCIe وAGP وPCI)، وفي المقابل، عن أي اتصال من النظام إلى المعالج. ويُشار إلى هذا الاتصال بين المعالج والجسر الشمالي عادةً باسم ناقل النظام الأمامي (FSB). أما طلبات الوصول إلى الموارد التي لا يتحكم بها الجسر الشمالي مباشرةً، فكانت تُحال إلى الجسر الجنوبي، الذي كان بمثابة وسيط بين المعالج والجسر الجنوبي. وكان الجسر الجنوبي يتولى معالجة "كل ما عدا ذلك"، أي الأجهزة الطرفية منخفضة السرعة ووظائف اللوحة (وأهمها توصيل القرص الصلب ووحدات التخزين)، مثل اتصالات USB والاتصالات المتوازية والتسلسلية. في تسعينيات القرن الماضي وبداية الألفية الجديدة، كانت واجهة الاتصال بين الجسر الشمالي والجسر الجنوبي هي ناقل PCI. ^{[ 5 ]}

قبل عام 2003، كان أي تفاعل بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية أو أي جهاز توسعة، مثل بطاقة الرسومات (  سواء كانت AGP أو PCI أو مدمجة في اللوحة الأم  )، يُدار مباشرةً بواسطة شريحة الجسر الشمالي نيابةً عن المعالج. هذا جعل أداء المعالج يعتمد بشكل كبير على شريحة النظام، وخاصةً أداء ذاكرة الجسر الشمالي وقدرته على نقل هذه المعلومات إلى المعالج. لكن في عام 2003، غيّر إطلاق AMD لسلسلة معالجات Athlon 64 ^{[ 6 ]} هذا الوضع. فقد مثّل Athlon  64 بدايةً لدمج وحدة تحكم الذاكرة في المعالج نفسه، مما سمح للمعالج بالوصول المباشر إلى الذاكرة وإدارتها، مُلغيًا الحاجة إلى الجسر الشمالي التقليدي. وحذت Intel حذوها في عام 2008 بإصدارها سلسلة معالجات Core i ومنصة X58 .

في المعالجات الأحدث، ازداد التكامل بشكل ملحوظ، لا سيما من خلال دمج وحدة تحكم PCIe الرئيسية ووحدة معالجة الرسومات مباشرةً على وحدة المعالجة المركزية نفسها. ومع انخفاض عدد الوظائف التي لا يديرها المعالج، قام مصنّعو الشرائح بدمج وظائف الجسر الشمالي والجسر الجنوبي المتبقية في شريحة واحدة. يُطلق على نسخة إنتل من هذه الشريحة اسم " مركز تحكم النظام الأساسي " (PCH)، بينما تُسمى نسخة AMD " مركز تحكم Fusion " (FCH). ولا يزال يُطلق على PCH اسم شريحة. ^{[ 7 ]} يُعد هذا جسرًا جنوبيًا مُحسّنًا للأجهزة الطرفية المتبقية، حيث تم دمج مهام الجسر الشمالي التقليدية، مثل وحدة تحكم الذاكرة وواجهة ناقل التوسعة (PCIe) وحتى وحدة تحكم الفيديو المدمجة، في شريحة وحدة المعالجة المركزية نفسها (مع أن الشريحة غالبًا ما تحتوي على وصلات PCIe ثانوية). ومع ذلك، تم دمج مركز تحكم النظام الأساسي أيضًا في حزمة المعالج كشريحة ثانية للإصدارات المحمولة من معالجات Skylake . ^{[ 8 ]}

تم إيقاف استخدام وحدة التحكم في واجهة برمجة التطبيقات (FCH) من AMD منذ إطلاق سلسلة معالجات Carrizo، حيث تم دمجها في نفس شريحة المعالج. ^{[ 9 ]} مع ذلك، ومنذ إطلاق معمارية Zen، لا يزال هناك مكون يُسمى مجموعة الشرائح (Chipset) يتعامل فقط مع منافذ الإدخال/الإخراج منخفضة السرعة نسبيًا، مثل منافذ USB وSATA، ويتصل بالمعالج عبر منفذ PCIe. في هذه الأنظمة، يتم توجيه جميع اتصالات PCIe مباشرةً إلى المعالج. ^{[ 10 ]} تم استبدال واجهة UMI التي كانت تستخدمها AMD سابقًا للتواصل مع وحدة التحكم في واجهة برمجة التطبيقات (FCH) باتصال PCIe. من الناحية التقنية، يمكن للمعالج العمل بدون مجموعة شرائح؛ فهي موجودة فقط للتفاعل مع منافذ الإدخال/الإخراج منخفضة السرعة. ^{[ 11 ]} تعتمد معالجات خوادم AMD تصميم نظام متكامل على شريحة واحدة ، لا يتطلب مجموعة شرائح. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

تُستخدم حاليًا واجهات الربط بين الجسر الشمالي والجسر الجنوبي، وهي DMI ( إنتل ) و UMI ( AMD ). ويمكن استخدامها أيضًا للربط بين المعالج ومجموعة الشرائح.

• شركة أيسر لابوراتوريز المحدودة
• مقارنة بين شرائح Nvidia nForce
• قائمة شرائح AMD
• قائمة شرائح ATI
• قائمة شرائح إنتل
• نورثبريدج
• إشارات ريدباين
• أنظمة السيليكون المتكاملة
• ساوثبريدج
• التكامل واسع النطاق للغاية أو VLSI
• قائمة شرائح VIA
• قائمة أنظمة كوالكوم سنابدراجون على رقائق
• قائمة أنظمة MediaTek على رقائق