칩셋

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1. 개요
2. 역사
3. 구성
4. 주요 칩셋 제조사
참조

1. 개요

칩셋은 마더보드나 확장 카드에 사용되는 특수 집적 회로 칩으로, PC/AT 호환 기종의 발전에 따라 주변 IC를 통합하여 가격을 낮추고 실장 면적을 줄이는 역할을 해왔다. 초기에는 노스브리지와 사우스브리지로 구성된 2칩 구성이 일반적이었으나, CPU 성능 향상과 통합 기술 발전에 따라 CPU에 메모리 컨트롤러, PCIe 컨트롤러, 통합 그래픽 기능 등이 통합되면서 칩셋의 역할은 점차 축소되었다. 현재는 인텔과 AMD가 자체 CPU에 맞는 칩셋을 개발, 공급하며, 과거에는 다양한 서드 파티 칩셋 제조사가 경쟁했으나, 현재는 그 수가 줄어들었다.

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칩셋
일반 정보
유형	전자 부품
기능	CPU의 데이터 흐름 관리
설명	인텔은 1990년대에 "칩셋"이라는 용어를 만들었다. x86 아키텍처 컴퓨터에서 칩셋은 마더보드에 있는 특정 칩을 지칭한다.
스마트폰
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2. 역사

컴퓨팅에서 "칩셋"이라는 용어는 일반적으로 컴퓨터의 마더보드나 확장 카드에 있는 특수 집적 회로 칩들을 의미한다. 1984년 IBM PC AT를 위한 최초의 칩셋은 Chips and Technologies에서 개발한 NEAT 칩셋이었다.^[1]

CPU, GPU, 노스브리지 (NB), 사우스브리지 (SB)를 보여주는 IBM 씽크패드 T42 노트북 마더보드의 일부

1980년대와 1990년대의 홈 컴퓨터, 게임 콘솔 및 아케이드 하드웨어에서 "칩셋"은 맞춤형 사운드 녹음 및 재생 및 그래픽 칩에 사용되었다. 예를 들어 오리지널 아미가 칩셋과 세가의 시스템 16 칩셋이 있다.

x86 기반 개인용 컴퓨터에서 "칩셋"이라는 용어는 종종 마더보드의 특정 칩 쌍, 즉 ''노스브리지''와 ''사우스브리지''를 지칭한다. 많은 최신 칩셋에서 사우스브리지는 이더넷, USB, 오디오 장치와 같은 일부 온칩 통합 주변 장치를 포함한다.

2021년 기준으로, x86 마더보드용 칩셋 제조업체로는 AMD, 인텔, VIA 테크놀로지스, 자오신이 있다.

1990년대 칩셋의 주요 설계자이자 제조업체는 애리조나주 템페에 있는 VLSI 테크놀로지였다. 애플 매킨토시 SE, 매킨토시 II, 이후 쿼드라 시리즈는 애플에서 설계한 ASIC임에도 불구하고 VLSI 테크놀로지의 칩셋을 사용했다.

초창기 PC/AT 호환기종에서는 CPU 제조사가 공급하는 표준 CPU 주변 IC와 복수의 범용 IC 조합으로 제어 회로를 구성했다.^[16] 칩셋은 이러한 복수의 주변 IC나 범용 LSI를 보다 고집적화된 소수의 전용 LSI로 통합하여 가격을 낮추고 실장 면적을 줄였다.

컴퓨터 시스템을 도시에 비유한다면 칩셋이 가진 고도화된 인터페이스 기능은 도시의 교통 결절점에 해당하며, 어떤 의미에서는 정보 처리에 특화된 CPU보다 시스템에서 주요하다고 할 수 있다.^[17] 1990년대 이후 PC/AT 호환 기종이나 유사한 머신(PC-9800 등)의 마더보드는 특수한 경우를 제외하고 CPU가 설계의 중심이 아니라 칩셋이 설계의 중심이었다.

칩스 앤 테크놀로지스(1997년 인텔에 인수) 등이 초기 대표적인 제조사였으며, 초기에는 단순히 통합 ASIC라고 불리는 경우가 많았고, PC나 마더보드 카탈로그에서도 특별히 강조하지는 않았다. 칩셋이라는 단어가 널리 인지되기 시작한 것은 PCI로의 이행 초기 인텔 i420TX (Saturn)나 i430NX (Neptune) 무렵부터였다.

2. 1. 초기 칩셋 (1980년대 ~ 1990년대 초)

초창기 PC/AT 호환기종에서는 CPU 제조사가 공급하는 표준 CPU 주변 IC와 복수의 범용 IC 조합(이것이 원래 의미의 칩셋)으로 제어 회로를 구성했다.^[16] 칩셋은 이러한 여러 주변 IC나 범용 LSI를 보다 고집적화된 소수의 전용 LSI로 통합하여, 가격을 낮추고 실장 면적을 줄이는 역할을 했다.

칩스 앤 테크놀로지스(1997년 인텔에 인수) 등이 초기 대표적인 제조사였으며, 초기에는 단순히 통합 ASIC라고 불리는 경우가 많았고, PC나 마더보드 카탈로그에서도 특별히 강조되지는 않았다. 칩셋이라는 단어가 널리 인지되기 시작한 것은 PCI로의 이행 초기 인텔 i420TX (Saturn)나 i430NX (Neptune) 무렵부터였으며, PC의 기능과 성능에 대한 영향이 커진 것과 컴퓨터 조립을 위해 잘 드러나지 않는 부품에 대한 인식이 높아졌기 때문이다.

2. 2. 노스브리지/사우스브리지 시대 (1990년대 중반 ~ 2000년대)

1990년대 i430LX (Mercury)나 i430FX (Triton) 시대부터 2칩 구성(노스브리지, 사우스브리지)이 일반화되었다.^[18] CPU, 메모리 버스에 가까운 쪽을 노스브리지,^[18] (비교적) 저속인 외부 I/O와의 인터페이스 쪽을 사우스브리지라고 불렀다.^[19] "칩셋"이라는 용어는 PCI로의 전환기(인텔 i420TX (Saturn), i430NX (Neptune) 등)부터 널리 인식되기 시작했다.

노스브리지에는 CPU 인터페이스, 메모리 컨트롤러,^[20] 그래픽 인터페이스 (AGP, 이후 PCI Express)가 포함되었으며, GPU 기능을 통합한 통합 칩셋도 존재했다.

사우스브리지에는 PCI Express 슬롯, ATA, USB, Ethernet 등의 I/O 및 사운드 기능이 탑재되었다. 초기에는 PCI 버스로 노스브리지와 연결되었지만, 이후 DMI(인텔), Unified Media Interface(AMD), V-Link (VIA) 등 노스브리지 연결용 고속 버스를 사용했다.

2. 3. 통합 칩셋

과거 노스브리지에 그래픽스 기능을 통합한 칩셋을 '''통합 칩셋'''이라고 불렀다("그래픽스" 또는 "비디오"를 관용하는 경우도 있다). 온보드 그래픽스에 분류된다.

일반적으로 GPU 칩을 탑재하는 것보다 비용이 저렴하고, 공간 절약 및 저전력 특성이 우수하여 노트북 컴퓨터 등에서 많이 채용되었다(예: MacBook의 많은 모델).

비디오 메모리는 메인 메모리의 일부 영역을 공유하는 UMA(Unified Memory Architecture)가 주류였지만, 전용 외부 메모리를 지원하는 제품도 있었다.

초기에는 성능이 단독 GPU에 비해 떨어졌지만, 대역폭 측면에서 외장보다 유리한 통합 칩셋도 존재했으며, 멀티 디스플레이 기능, DVI 출력, Shader Model 4.0 대응 등 단독 GPU와 동등한 기능과 성능을 가지게 되었다.

노스브리지 기능이 CPU로 통합됨에 따라, 통합 그래픽도 CPU로 옮겨졌다.

2. 4. CPU 통합 시대 (2000년대 후반 ~ 현재)

2000년대 후반부터 노스브리지의 기능은 점차 CPU에 통합되기 시작했다. AMD는 2003년 애슬론 64 프로세서 시리즈를 출시하면서 메모리 컨트롤러를 프로세서에 통합하여, 프로세서가 메모리에 직접 접근하고 처리할 수 있게 하였다.^[4] 이는 기존 노스브리지의 필요성을 없앴다. 인텔도 2008년 코어 i 시리즈 CPU와 X58 플랫폼을 출시하며 이러한 흐름에 동참했다.

최신 프로세서에서는 PCIe 컨트롤러와 통합 그래픽까지 CPU에 포함되면서 통합 수준이 더욱 높아졌다. 프로세서가 처리하지 않는 기능이 줄어들면서 칩셋 공급업체들은 남은 노스브리지와 사우스브리지 기능을 단일 칩으로 통합했다. 인텔은 이를 "플랫폼 컨트롤러 허브"(PCH)라고 불렀고, AMD는 퓨전 컨트롤러 허브(FCH)라고 불렀다. PCH는 여전히 칩셋이라고 불린다.^[5] 이는 메모리 컨트롤러, 확장 버스(PCIe) 인터페이스, 온보드 비디오 컨트롤러와 같은 기존 노스브리지 기능이 CPU 자체에 통합되었기 때문에, 나머지 주변 장치를 위한 향상된 사우스브리지 역할을 한다.

AMD의 FCH는 CPU와 같은 다이에 통합되면서 캐리조 시리즈 CPU 출시 이후 중단되었다.^[7] 그러나 젠 아키텍처 출시 이후에는 USB 및 SATA 포트와 같은 저속 I/O만 처리하고 PCIe 연결을 통해 CPU에 연결되는 칩셋이라는 구성 요소가 여전히 존재한다.^[8] 이러한 시스템에서는 모든 PCIe 연결이 CPU로 직접 연결된다. AMD가 이전에 FCH와 통신하기 위해 사용했던 UMI 인터페이스는 PCIe 연결로 대체되었다. 기술적으로 프로세서는 칩셋 없이 작동할 수 있으며, 칩셋은 저속 I/O 인터페이스를 위해서만 존재한다.^[9] AMD 서버 CPU는 칩셋이 필요 없는 자체 포함된 시스템 온 칩 설계를 사용한다.^[10]^[11]^[12]

현재 사용되는 노스브리지-사우스브리지 상호 연결 인터페이스는 DMI(인텔) 및 UMI(AMD)이다. 이는 프로세서에서 칩셋으로 연결하는 데에도 사용될 수 있다.

3. 구성

컴퓨팅에서 "칩셋"이라는 용어는 일반적으로 컴퓨터의 마더보드나 확장 카드에 있는 특수 집적 회로 칩을 의미한다. 1980년대와 1990년대의 홈 컴퓨터, 게임 콘솔, 아케이드 기기에서는 맞춤형 사운드 녹음 및 재생 및 그래픽 칩을 "칩셋"이라고 불렀다. 오리지널 아미가 칩셋과 세가의 시스템 16 칩셋이 그 예이다.

x86 기반 개인용 컴퓨터에서 "칩셋"은 주로 마더보드의 노스브리지와 사우스브리지 칩 쌍을 지칭했다.^[3] 노스브리지는 CPU와 RAM, 그래픽 컨트롤러 등 고속 장치를 연결하고, 사우스브리지는 PCI, ISA 등 저속 주변 버스를 연결했다. 최신 칩셋은 이더넷, USB, 오디오 장치 등 일부 통합 주변 장치를 사우스브리지에 포함하기도 한다.

2003년 이전에는 CPU와 메인 메모리, 그래픽 카드 (AGP 또는 마더보드 통합) 간의 상호 작용은 노스브리지 IC가 제어했다. 2003년 AMD 애슬론 64 프로세서부터는 통합 메모리 컨트롤러가 CPU에 내장되어 노스브리지가 불필요해졌다.^[4] 인텔은 2008년 코어 i 시리즈 CPU와 X58 플랫폼으로 이 흐름에 동참했다.

최근 프로세서는 PCIe 컨트롤러와 통합 그래픽을 CPU에 직접 포함하며 통합이 더욱 강화되었다. 남은 노스브리지 및 사우스브리지 기능은 단일 칩으로 통합되었는데, 인텔은 "플랫폼 컨트롤러 허브"(PCH), AMD는 퓨전 컨트롤러 허브(FCH)라고 부르며, 여전히 칩셋이라고 칭한다.^[5]

3. 1. 노스브리지 (과거)

1990년대 i430LX (Mercury)나 i430FX (Triton) 시대부터 2칩 구성이 일반화되었다. CPU나 메모리 버스에 가까운 쪽을 '''노스브리지'''^[18]라고 불렀다. 노스브리지에는 CPU 인터페이스, 메모리 컨트롤러^[20], 그래픽 인터페이스 (90년대 - 00년대 전반은 AGP, 그 후는 PCI Express)가 포함되었으며, GPU 기능을 통합한 통합 칩셋도 존재했다.

3. 2. 사우스브리지 (과거 및 현재)

과거에는 PCI, ATA, USB, Ethernet 등의 I/O 및 사운드 기능이 탑재되어 있었다.^[19] 초기에는 범용 I/O 버스인 PCI 버스로 노스브리지와 연결되기도 했지만, 이후 인텔의 DMI, AMD의 Unified Media Interface, VIA의 V-Link 등, 노스브리지 연결용 고속 버스를 배타적으로 사용하여 고속화가 이루어졌다.^[3]

현재 개인용 컴퓨터에는 노스브리지가 존재하지 않기 때문에, 구형 사우스브리지는 단순하게 칩셋이라고 불리며,^[5] 확장 슬롯 및 온보드 장치용 PCI Express 컨트롤러, SATA 및 NVMe와 이에 연결된 스토리지를 관리하는 RAID 컨트롤러, 고속 USB 인터페이스가 주요 기능으로 탑재되어 있다. 노스브리지가 CPU와 통합된 후에도 사우스브리지와 CPU는 전용 고속 버스로 연결되지만, 그 실태는 전용 PCI Express 레인이기 때문에 Socket AM4 이후의 AMD에서는 특별한 고유 명사가 사용되지 않는다.^[19]

3. 3. 슈퍼 I/O 칩

1980년대 후반 이후, 고속 동작이 필요하지 않거나 불가능한 레거시 장치(PS/2 포트, 플로피 디스크 드라이브, 시리얼 포트, 패러럴 포트, ISA 버스^[21])를 지원하는 회로는 칩셋 자체의 고속화를 저해하기 때문에 사우스브리지 칩에서 분리되어 슈퍼 I/O 칩이라 불리는 별도의 LSI에 담당시키는 것이 늘고 있다. 슈퍼 I/O 칩은 CPU에서 보면 사우스칩 너머로 연결되어 있다. 슈퍼 I/O 칩도 칩셋의 중요한 일부이지만, PC 성능 향상에 기여하지 않고 현재는 잘 사용되지 않는 레거시 포트 관리를 담당하므로 마더보드 스펙 등에서는 크게 주목받지 않는다.

4. 주요 칩셋 제조사

과거에는 다양한 칩셋 제조사들이 경쟁했지만, 현재는 CPU 제조사가 자체 칩셋을 개발, 공급하는 것이 일반적이다. 인텔이나 AMD와 같은 CPU 제조사는 자체 제작한 순정 칩셋을 개발, 공급하여 신뢰성과 브랜드 이미지를 높이고 있다.^[22]

서드 파티 칩셋 제조사는 치열한 경쟁을 벌였다. 한때 ALi (ULi), SiS, VIA 등 대만계 칩셋 제조사가 주요 서드 파티 제조사로 경쟁했다. 2000년대 초반부터 ATI나 NVIDIA와 같은 대형 그래픽스 전문 제조사가 칩셋 제조 판매에 참여하면서 마더보드 채용 수가 급증했다. 이로 인해 기존 칩셋 전문 제조사는 신규 제조사에 시장 점유율을 빼앗겼다. 2005년, ULi는 엔비디아에 인수되어 NVIDIA의 아시아 지역 영업 담당과 칩셋 개발에 참여하게 되었다. 2006년에는 AMD가 ATI를 인수하여 ATI 칩셋이 AMD 순정으로 취급되면서 ATI의 인텔용 신제품 공급은 없어졌다. VIA는 인텔, AMD용 개발에서 철수하고 자사 CPU용 칩셋만 개발하게 되었다. NVIDIA와 SiS도 칩셋 개발에서 철수했다.^[22]

4. 1. 현재 주요 제조사

인텔: 자체 CPU용 칩셋을 개발, 공급하며 높은 신뢰성과 브랜드 이미지를 가지고 있다.
AMD: 자체 CPU용 칩셋을 개발, 공급하며, 과거 ATI 테크놀로지스를 인수하여 칩셋 기술력을 강화했다.

4. 2. 과거 주요 제조사 (철수 또는 인수)

ATI 테크놀로지스(ATI Technologies) - AMD에 인수되어 사실상 AMD 제품 전문으로 전환되었다.^[22]
* RADEON IGP/XPRESS 시리즈
ALi/ULi - ULi는 ALi의 칩셋 부문이 스핀오프한 자회사였다. 2005년에 엔비디아에 인수되었다.^[22]
* ALADDiN5, ALADDiN-Pro5, ALiMAGiK1 (ALi)
* M1683, M1689, M1695, M1697 (ULi)
NVIDIA^[22]
* nForce 시리즈
* GeForce GT 9400M, 320M
SiS^[22]
* SiS530, 630, 650, 660, 735, 745, 746, 751, 755, 761
VIA^[22]
* Apollo MVP3, Pro133A, KT266A, KT400, KT600
* K8T/K8M 시리즈
* P4X/P4M 시리즈

4. 3. 기타 플랫폼 칩셋 제조사

애플 - x86 이전, PowerPC를 탑재한 매킨토시용 칩셋을 자체 개발했다. IBM과 공동 개발한 시스템 컨트롤러는 애플이 매킨토시에 탑재하는 CPU를 인텔 제품으로 전환한 후에도 IBM의 일부 제품에 사용되고 있다.
NEC
도시바
IBM - 자체 개발한 POWER·PowerPC 탑재 시스템용 칩셋을 개발·제조하고 있다.
실리콘 그래픽스 - 챕터 11 적용 전에는 MIPS 계열 RISC CPU용 칩셋 제조사였다.
디지털 이큅먼트 코퍼레이션 - 인수 전에는 알파용, 현재는 휴렛 팩커드가 되어 아이테니엄 계열 칩셋 제조사이다.

참조

_[1] 웹사이트 Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 review: I finally don't feel the need to upgrade https://www.xda-deve[...] 2024-01-20
_[2] 웹사이트 Qualcomm Announces Snapdragon 8s Gen 3: A Cheaper Chip for Premium Phones https://www.anandtec[...]
_[3] 웹사이트 Chipset Basics: Meaning And Functions https://www.tomshard[...] Purch 2002-07-16
_[4] 웹사이트 AMD's Athlon 64 processor https://techreport.c[...] 2003-09-23
_[5] 웹사이트 MSI Z790 motherboards reportedly failing with cracked PCH chipset — a manufacturing error may have affected a few hundred units (Updated) https://www.tomshard[...] 2024-04-02
_[6] 웹사이트 The Haswell Ultrabook Review: Core i7-4500U Tested https://www.anandtec[...] 2013-06-09
_[7] 웹사이트 AMD at ISSCC 2015: Carrizo and Excavator Details https://www.anandtec[...]
_[8] 웹사이트 AMD Zen 4 Ryzen 9 7950X and Ryzen 5 7600X Review: Retaking the High-End https://www.anandtec[...]
_[9] 웹사이트 The AMD Zen and Ryzen 7 Review: A Deep Dive on 1800X, 1700X and 1700 https://www.anandtec[...]
_[10] 웹사이트 4th Gen AMD EPYC Processor Architecture https://www.amd.com/[...]
_[11] 웹사이트 Supermicro M11SDV-4C-LN4F Review mITX AMD EPYC 3151 Platform https://www.servethe[...] 2019-04-08
_[12] 웹사이트 AMD 3rd Gen EPYC Milan Review: A Peak vs Per Core Performance Balance https://www.anandtec[...]
_[13] 문서 CPU-PCIバスブリッジなどのチップはコンパニオンチップとも呼ばれる。
_[14] 문서 1個で果たして「セット」（集合）という呼称が正しいものか悩ましいが、数学的には含まれる要素が1個という「一者集合」も集合ではある。
_[15] 웹사이트 この10年で起こったこと、次の10年で起こること（5）：半導体業界の秩序を変えた「チップセットの支配力」 (1/3) - EE Times Japan https://eetimes.itme[...]
_[16] 문서 DRAMコントローラ、i8257DMAコントローラ、INS8250シリアルI/O、パラレルI/O、μPD765AFDDコントローラなど。
_[17] 문서 もう少し歴史的な観点から見ると、マイクロプロセッサ以前のコンピュータ（メインフレームやミニコンピュータ）ではCPUの一部であったチャネルコントローラなどが、CPU性能の向上が重視されたパーソナルコンピュータにおいて分離されたものとも言える。逆にコストが重視された分野では、マイクロコントローラのように周辺も集積する方向性が進んだ。
_[18] 문서 組み込みシステムやMacintoshではシステムコントローラと呼ばれる。なお、システムコントローラにはI/Oコントローラなどの周辺チップやCPUを統合している場合もある。
_[19] 문서 MacintoshではI/Oコントローラと呼ばれる。
_[20] 문서 AMD系チップセットはメモリーコントローラーはCPU内蔵
_[21] 문서 ごく一部の組み込み用マザーボードにはまだ採用されている。
_[22] 웹사이트 ■元麻布春男の週刊PCホットライン■ AGPの互換性 https://pc.watch.imp[...]
_[23] 웹인용 Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 review: I finally don't feel the need to upgrade https://www.xda-deve[...] 2024-01-20
_[24] 웹인용 Qualcomm Announces Snapdragon 8s Gen 3: A Cheaper Chip for Premium Phones https://www.anandtec[...]

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