컴퓨터의 알파와 오메가, 칩셋(chipset) -(2)

'하드웨어컬럼'에 속하는 내용은 모 사이트를 위해서 준비중인 내용입니다. 초보자를 위해서 쓰는 글이지만, 지금까지 글장이 일을 하면서 '철저하게 초보자를 대상으로' 글을 쓴 적은 별로 없어서 일단은 불특정다수로부터 글의 난이도에 대한 평을 듣고자 이글루에 올리는 글입니다. '하드웨어에 관심이 있지만 컴퓨터에는 초보자'에 자신이 속한다고 생각되신다면 읽어보신 후 평을 남겨 주세요. :)

컴퓨터에 관심없으시면 패스하셔도 무방.. :)

PS. 이번에 올라가는 것은 초보자에게는 어려울 수도 있겠습니다만서도.... 일단은 하드웨어의 기초적인 개념을 잡는다는 의미에서 끄적이고 있습니다.
PS2. 컬럼보다는 그냥 정보성 글에 가까워요. =ㅂ=
컴퓨터의 알파와 오메가, 칩셋(chipset) -(1)에서 이어집니다

3. 노스브릿지와 사우스브릿지

일반적으로 칩셋은 2개에서 4개, 많게는 5개 정도의 칩으로 구성되며, 특히 일반 사용자용 메인보드에 사용되는 코어로직 칩셋들은 바이오스가 담긴 펌웨어를 제외하면 2개의 칩으로 구성되는 경우가 대다수이다. 그리고 이 2개의 칩은 보통 '노스브릿지(north bridge)'와 '사우스브릿지(south bridge)'로 구분된다.


노스브릿지와 사우스브릿지로 구성된 인텔의 430TX 칩셋

컴퓨터의 각 부품의 구조를 나타낼 때 일반적으로 고속의 컴포넌트를 위쪽에, 저속의 컴포넌트를 아래쪽에 놓는다. 다음의 다이어그램은 그러한 부품 상관도의 사례이다.


구형 칩셋들의 구조도

여기서, 칩셋이 2개로 갈라져 있음을 볼 수 있다. 위에 있는 칩셋은 그래픽 버스를 담당하는 AGP 버스의 컨트롤러와 메모리 컨트롤러, CPU와의 연결통로인 프로세서 버스 컨트롤러를 가지고 있으며, 이러한 고속 기기들과의 통신을 담당한다. 그리고, 아래쪽에 있는 칩은 ATA라던가 USB, 등등의 상대적으로 느린 기기들을 전담하고 있다.

각각의 칩은 여러가지 하드웨어들이 보내오는 데이터를 중간에서 정리하고 올바른 쪽으로 데이터를 전달하는 일종의 교량 역할을 해 주기에 브릿지(bridge)라고 부르게 되는데, 그 위치 상 위쪽에 있는 칩을 북쪽에 있다고 해서 노스(north) 브릿지, 아래쪽에 있는 칩을 남쪽에 있다고 해서 사우스(south) 브릿지라고 부른다. 이러한 구조는 현재의 칩셋에도 그대로 이어지고 있다. 물론 칩셋의 세대가 변천하면서 노스브릿지와 사우스브릿지를 이어 주는 버스가 변화되었고 각 칩셋들의 역할에도 변화가 따르게 되었지만 기본적으로 고속의 장비들을 묶어주는 칩과 저속의 장비들을 묶어주는 칩이 분리되어서 개별적으로 동작하는 구조 만큼은 현재의 많은 칩셋들이 계승하고 있다.

이렇게 고속의 장비와 저속의 장비를 다루는 칩을 분리한 이유는 구조적 유연성(scalability) 때문이다. 분리된 칩셋이 이점을 가지는 경우는 대체적으로 칩셋의 마이너 업그레이드가 있을 때이다.


VIA의 Apollo KT266A 칩셋은 VT8366A 노스브릿지와 VT8233 사우스브릿지로 구성된다

예를 들어보자. AMD 프로세서를 주로 사용했던 사용자라면 Athlon 프로세서 지원 칩셋 중 VIA의 Apollo KT266A, 흔히 줄여서 KT266A라고 불리는 칩셋을 들어 보았을 것이다. 이 칩셋은 KT266 칩셋의 마이너 업그레이드 버전이다. KT266과 KT266A는 기본적인 사양은 완전히 동일하며, 차이가 있다면 메모리 컨트롤러의 성능이 올라갔다는 점 정도이다.(그래서, 완전한 신제품이라기 보다는 칩셋의 리비전이 올라간 정도로 보는 것이 좋지만, VIA는 유독 이러한 경우에도 신제품으로 출시하면서 그 전 제품을 구입한 사용자들을 물먹이는(?) 경우가 많다.)

만약, 모든 기능이 하나의 칩셋에 구현되어 있다면, 이 경우 사우스브릿지에 해당하는 부분까지도 새로이 실리콘을 만들어야 한다. 그래서 재설계비용, 재생산비용이 비싸진다. 또한, 기능이 변화된 쪽 만을 바꾸고 다른 부분은 그대로 사용하면 되기 때문에, 즉 위의 경우에는 사우스브릿지인 VT8233은 그대로 사용할 수 있는 것이기에 재고부담 역시 훨씬 줄어든다.

이러한 이유로 대다수의 칩셋 제조사는 노스브릿지와 사우스브릿지를 나누었고, 이러한 구조는 지금까지도 이어지고 있다. 물론 인텔이 800대의 제품명이 붙은 3세대 칩셋 제품군을 내놓으면서(칩셋의 세대에 대해서는 뒤에 다시 언급할 것이다) 사우스브릿지의 명칭을 ICH(I/O Controller Hub)라고 바꾸는 등 여러가지 새로운 명칭이 등장했지만 그 구조상 '노스브릿지'와 '사우스브릿지'라는 명칭은 사용자들의 뇌리에서 당분간 없어지지 않을 것 같다.

 

4. 단일 칩 구성 & 3~4개 이상의 칩 구성

그렇다면, 단일 칩으로만 구성된 칩셋이나, 다수의 칩으로 구성된 칩셋은 어떻게 바라보아야 할까? 우선 단일 칩을 생각해 보자.

하나의 칩에 모든 기능을 뭉뚱그려 넣어서 메인보드의 코어로직 칩셋이라는 것을 하나의 칩으로 구현하는 것은 주로 SiS의 전공분야였다.(그래서 회사이름도 Silicon Integrated Systems인 것일까?) SiS에서 내놓은 635/735 등의 칩셋은 하나의 칩셋으로 노스브릿지+사우스브릿지의 역할을 하고 있음을 볼 수 있다. 또한 NVIDIA에서 AMD64 계열 프로세서용으로 출시한 nForce3 칩셋의 경우도 싱글 칩 솔루션(single chip solution)의 하나이다.


SiS사의 K7 계열 프로세서용 단일 칩 칩셋 SiS735

(다만, 635/735 등의 칩셋이 단일 칩으로 구성된 것과 nForce3이 단일 칩으로 구성된 것에는 그 이유에서 약간 차이가 있다. 635/735가 노스브릿지/사우스브릿지를 하나의 칩으로 통합하여서 만든 것인 반면에, nForce3는 노스브릿지의 기능이 사실상 대폭 축소되어서 사우스브릿지 쪽으로 AGP 컨트롤러가 통합된 경우라고 하겠다.)

SiS635/735 계열의 단일 칩 칩셋은 메인보드의 구조를 매우 간결하게 만들어 줄 수 있다. 또한 하나의 칩 안에 노스브릿지/사우스브릿지를 모두 집적함으로써 노스브릿지/사우스브릿지 사이의 데이터 전달을 고속화하고 소비전력을 줄여줄 수 있다는 이점을 갖게 된다.

보드 설계를 간편하게 할 수 있으며 제조공정이 단축되어 비용절감효과를 얻을 수 있고, 전력절감 등의 다양한 부수적 효과를 안겨준다는 이점이 있는 반면, 향후의 확장성에서는 단점을 안을 수 밖에 없다. 예를 들어서 ATA 채널 내지는 USB 등의 사우스브릿지 관련부에서 마이너 업그레이드가 이루어질 경우 단일 칩셋은 칩셋 전체를 새로이 설계해야 하며, 재고관리도 상당히 어려워진다. 그러나 칩셋이 분리되어 있을 경우는 이 부분에서 치명적인 약점을 갖는다. 이 때문에 SiS의 통합칩셋인 635/735는 높은 성능에도 불구하고 사실상 시장에서는 빛을 보지 못했다.


칩 기능의 축소로 단일칩으로 되어버린 NVIDIA의 nForce3

예외적으로 NVIDIA의 nForce3 칩셋의 경우는 K8 아키텍쳐가 갖는 특성, 즉 메모리 컨트롤러를 칩셋이 아닌 프로세서에서 가지고 있다는 것과 시스템의 전체적 버스 구성이 하이퍼트랜스포트로 통일되었다는 특징 때문에 노스브릿지에 탑재해야 하는 기능이 대폭 축소되었고 이 때문에 굳이 2개로 나누는 것 보다는 단일칩으로 만드는 것이 유리하기 때문에 단일칩 구성이 된 것이다. 이러한 태생적 이유로 인하여 단일칩임에도 불구하고 시장에서 빨리 사장된 SiS의 635/735와는 달리 nForce3는 현재도 시장의 주력으로 자리잡고 있다. 하이퍼트랜스포트의 도입 및 K8 아키텍쳐의 도입으로 인한 칩셋 기능의 축소에 대해서는 후일 다시 언급할 것이다.

한편, 2개를 넘어가는 다수의 칩으로 구성된 칩셋도 있다. 이러한 것들은 주로 서버/웍스테이션으로 분류되는 칩셋에 해당한다.


인텔의 E7525 칩셋

위의 인텔 E7525 칩셋은 하이엔드 웍스테이션 용으로 설계된 것으로, 인텔의 Xeon 프로세서와 함께 사용되며 최대 2개의 프로세서를 지원한다. 이 칩셋이 일반 데스크탑용 칩셋과 크게 다른 것은 바로 위 사진 중 오른쪽 위에 있는 칩인 'intel 6700 PXH'이다. 이러한 구성은 인텔의 빌딩블럭 구조에서 유래한다. 인텔의 빌딩블럭(building block) 구조는 해당 제품군의 전방위적 확장성(scalability)를 극대화하기 위한 것이다. 위의 칩셋 중 i82801ER 칩셋은 데스크탑 칩셋에까지 사용되는 것으로, 특정 기능을 구현하는 부분을 하나의 블럭으로 묶어서 이 기능을 필요로 하는 다양한 제품군에 적용하는 것이다. 이를 통해서 스펙의 자잘한 변경에 신속하게, 그리고 전방위적으로 대응할 수 있다. 이러한 빌딩블럭 구조 하에서, 6700 PXH는 PCI-X Hub의 역할을 하여, PCI-X 인터페이스가 필요한 칩셋들에 공통적으로 사용된다. 이 외에, 서버/웍스테이션용 칩셋은 이보다 많은 칩으로 구성되어서 다양한 기능을 제공하는 것을 심심찮게 볼 수 있다.

빌딩블럭 구조는 앞서 언급한 단일 칩 구조의 컨셉과는 정 반대되는 것이라고 생각할 수 있는데, 각기 일장일단을 가지고 있다. 인텔의 경우 다양한 제품군을 통한 시장지배력의 강화 및 수성을 위해서 빌딩블럭 구조를, 그리고 NVIDIA 및 SiS 등은 단일칩화를 통한 성능의 향상과 제조비용의 절감 등을 노리고 있는 것이다.7

 

5. 칩셋 구조의 변화와 고속의 내부버스부터는 다음회에.


덧글

  • 로리 2004/09/09 15:27 # 답글

    735는 정말로 아쉬운 칩셋이었습니다.
    안정성, 성능 정말로 나무랄데 없는 놈이었는데..T.T
  • Yggdrasill 2004/09/09 15:31 # 답글

    ▷ 로리 | 735의 성능은 매우 인상적이었지요. 특히나 그 PCI 버스마스터링... 그런데, 단일칩이 가지는 치명적 약점인 '낮은 수율'과 '재고관리의 어려움', 'scalability의 부족'으로 인하여 묻혀져 버렸지요.
  • 정규님 2004/09/09 18:22 # 답글

    SiS가 자체 foundry를 갖고 있나? 있다면 어디에? 아니라면 주된 foundry service 업체는? 궁금해서 물어보는겨~
  • Yggdrasill 2004/09/09 19:21 # 답글

    ▷ 정규님 | UMC가 SiS를 먹었을걸? SiS가 자체 파운드리가 있나 그랬다가 다 캔슬시켜버리고 UMC에서 만들거야. 주 파운드리 업체라고 봐야할지 자체 파운드리라고 봐야할지 애매하지만 여하튼 그래.
  • 로리 2004/09/09 22:39 # 답글

    SIS는 자사 라운드리가 있는 것으로 알고 있는데...
    다 UMC에서 만드는가요?

    자사 파운드리가 있기 때문에 SIS가 빠르게 제품을 내놓을 수 있다니 어전다니 말을 자주 하던데..(먼산)
  • Yggdrasill 2004/09/10 09:37 # 답글

    ▷ 로리 | 물론 자사 파운드리가 있었습니다.....만, UMC가 SiS를 인수한 이후 SiS의 칩은 UMC에서 만들어집니다. UMC라는 거대 파운드리 업체를 모회사로 가지고 있는 마당에 자기네 파운드리를 만들어봐야 득될 것은 없으니까요.
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