PCI-Express 3.0 matična ploča - Chipset Z170

Chipset Intel Z87 veliki je skok u odnosu na svog prethodnika chipset Z77 jer je uvedena podrška za sučelja veće brzine i mnoštvo tehnologija programski podržanih bilo u sastavu sadržaja BIOS-a ili ukomponiranih u operativni sustav. Chipset Intel Z97 je unaprijeđena (osvježena) verzija 'Haswell' sustava zasnovanog na chipset-u Z87. Postojeće mogućnosti prethodnika su unapređenje u verziji Z170 koja donosi podršku za više PCI-e koridora i više USB priključaka novije generacije, dakle bez neke masivne nadogradnje. Najvažnija novina je podrška za unapređene procesore izrađene u potpuno novoj 14 nm tehnologiji, 'Skylake' serija procesora kao nasljednik 'Broadwell' tehnologije prema TIK-TAK načelu, jedne godine (Tik) vrši se proces smanjenja tranzistora i postizanje bolje učinkovitosti, iduće godine (Tak) uvodi u potpuno nova mikroarhitektura. Intel je zaglavio na Tik-Tak modelu kod 'Broadwell' arhitekture, gdje je prelazak s 22 nm na 14 nm jako odgođen. Ima još novina ali najznačajnija je bolje direktno medijsko sučelje (DMI), veza između chipset-a i procesora koja je ažurirana na verziju DMI 3.0, te podrška za DDR3 i DDR4 tip memorije s dva kontrolera memorije.

Osnovna koncepcija je chipset prikazan na narednom primjeru u verziji za desktop računala.

Primjer XIII

U ovom primjeru prikazana je blok shema chipset-a Z170. Prikazane matične ploče u primjeru podržavaju Core i5 i Core i7 mikroprocesore šeste generacije predviđene za podnožje LGA 1151.

• Procesor
  Procesori s kodnim imenom 'Skylake' zasnovani su na potpuno novoj 14 nm tehnologiji. Osnovna i Turbo frekvencija veća je u odnosu na prethodnike. Dinamički povećava frekvenciju procesora do 4.2 GHz, kada aplikacije zahtijevaju bolje performanse. Veća brzina rada kada je potrebna, te energetska učinkovitost kada nije. Integrirana su dva kontrolera memorije tako da je osigurana podrška za DDR3 i DDR4 tip memorije. Glavne očekivane promjene između 'Haswell' i 'Skylake' arhitekture uključuju napuštanje i uklanjanje potpuno integriranog regulatora napona (FIVR) uvedenog s 'Haswell' arhitekturom. Set instrukcija procesora također je proširen (MPX, ADX). Dinamički alocira zajedničku memoriju na svaku procesorsku jezgru, na temelju njenog posla, te smanjenje latenciju i poboljšava performanse. M.2 utor sada dobiva pristup do četiri PCI-E 3 koridora, umjesto PCI-E 2 koridora, te se poboljšavaju performanse SSD. 'Skylake' koristi zajedničku sabirnicu prstenaste topologije između procesorskih jezgara, međusprema i grafičkog sustava s namjenskim lokalnim sučeljem za svaki spojeni dio. Ovaj 'SoC prsten' dvosmjeran je i ima 32-byte široku sabirnica podataka, s odvojenim linijama za upit, traženje i potvrdu.
  
  Integrirani grafički procesor 'Intel HD 530' ima arhitektura od niza IZVRŠNIH jedinica (EU - Execution Units) koji se grupirane u nakupine nazvane podprostori (subslice). Svaka EU ima 7 podatkovnih niti, te jedan podprostor od 8 EU-a ima resurse za ukupno 56 simultanih podatkovnih niti. Do tri potprostora u grafičkom sustavu, ima ukupno 24 EU-a. To znači da grafički sustav može imati do 168 podatkovnih niti. Prilično mnogo! Grafički procesor uključuje mnoga značajna poboljšanja u cijeloj mikroarhitekturi i pratećoj programskoj potpori. Općenito, ove promjene su odnose se na područje memorijske hijerarhije, računalnu sposobnost i konfiguraciju proizvoda. Koristi Intelov 'Quick Sync' tehnologiju za sklopovsko video kodiranje i dekodiranje, sklopovski ubrzano dekodiranje H264, MPEG-2, i VC-1 danas jako rasprostranjenih video sadrža. DirectX 12 API je također podržan. Podržani audio standardi su AC-3, Dolby Digital, Dolby Digital Plus i DTS-HD.
  Karakteristike 'desktop' procesora su:
  
  
  • Socket: LGA 1151 (Socket H4); 37.5 mm × 37.5 mm
  • Lithography: 14 nm; over 1.9 billion of FinFET transistors
  • Base frequency 3.5 GHz / 4.0 GHz (Core i5 / Core i7)
  • Turbo frequency 3.9 GHz / 4.2 GHz (Core i5 / Core i7)
  • Max Memory Size: 32 GB / 64 GB ; Dual-channel DDR3L 1600 / DDR4 2133
  • non-ECC type of memory
  • Cores: 4
  • Threads: 4 / 8 (Core i5 / Core i7)
  • L1 Cache:256 KB
  • L2 Cache:1024 KB
  • L3 Cache: 6 MB / 8 MB (Core i5 / Core i7)
  • Features: SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE 4.2, EM64T, F16C, AVX 2.0, Turbo Boost 2
  • TDP: 91 W
  • Intel HD 530 GPU (1150 MHz).
  • Support for Microsoft DirectX 12
  • Multimedia support: HEVC, VP8, VP9
  • Graphics Output: eDP / DP / HDMI / VGA / DVI
  • DP: 3840×2160@60Hz / 4096×2304@60Hz (Core i5 / Core i7)
  • HDMI: 4096×2304@24Hz
  • Quick Sync Video
    
    
  Maksimalni TDP je veći, ali je učinkovitiji njegov nadzor tijekom dinamike u potrošnji.
  
  
• Z170 - Platform Controller Hub (PCH)
  Chipset je sprega s vanjskim uređajima računala (I / O Controller Hub), a osnovna značajka ovog chipset-a je podrška za procesore izrađene u unapređenoj 14 nm tehnologiji za LGA1151 podnožje.

Slika* 3.5.41 Blok shema Intel-Z170 / Unutar Core procesora. ( + / - )

Za razliku od slike 3.5.37c, koja prikazuje popriličnu hrpu tranzistora u mapi podloge procesora koji se jedino jakim mikroskopom mogu razaznati (gore od dobro popunjenog hamburgera), na slici 3.5.41b prikazana je podloga procesora sa skinutim kućištem na kojoj se može uočiti fina stuktura vodiča od jezgre procesora do priključaka. Vrlo je interesantno da Intel u svojoj ponudi više nema vlastitih desktop matičnih ploča, već se oslanja na druge proizvođače. Različiti proizvođači računalne opreme na različite načine koriste predstavljene proizvode, no za razliku od prije opisanih proizvoda naredne slike odnose se na dvije jednostavnije matične ploče dizajnirane s Z170 chipset-om.

Slika* 3.5.42 MSI 'Z170A PC MATE' / GIBABYTE 'GA-Z170-D3H'. ( + / - )

Nisu prikazane ATX matične ploče za igrače, koje podržavaju do četiri grafičke kartice, već jeftiniji proizvodi koji imaju podršku za strarije PCI kartice. Dodatni PCIe-PCI upravljački integrirani krug omogućava i uporabu nekog starijeg proizvoda preko raspoloživih standardnih PCI utora. No, nije jasno tko će napisati upravljačke programe za takve kartice za npr. 'Windows 10' operativni sustav. Nema animiranog opisa za pojedine komponente matični ploča, jer se mogu lako usporediti s prethodno opisanim proizvodima. Komparacija navedena dva proizvoda prikazana je u narednoj tablici.

Priključci na stražnjoj strani matične ploče fizički su slični. Priključci prikazani na slici 5.3.43 odnose na matičnu ploču MSI 'Z170A PC MATE' i 'GIBABYTE GA-Z170-D3H' matičnu ploču.

Slika* 3.5.43 Priključci kod MSI 'Z170A PC MATE' i GIBABYTE 'GA-Z170-D3H'. ( + / - )

Ako se koristi multimedija prema slici 5.3, nema potrebe koristiti matičnu ploču koja podržava sve audio mogućnosti, već je prikladna MSI matična ploča, koja osim toga ima odvojene PS/2 priključke za miša i tipkovnicu podržane u BIOS-u i ima napredniju podršku za USB uređaje. BIOS (Basic Input and Output System) zapisuje sklopovske parametre sustava u CMOS memoriju na matičnoj ploči. Njegove glavne funkcije uključuju testiranje računala na ispravnost po uključivanju (POST - Power-on self-test), spremanje parametara sustava, učitavanje operativnog sustava, i još dosta mogućnosti podešavanja. BIOS uključuje BIOS Setup program koji omogućuje korisniku mijenjati osnovne postavke konfiguracije sustava ili aktivirati određene značajke sustava.

No, zahvaljujući napretku tehnologije kod novih matičnih ploča CMOS memorija je poprilična što omogućava proširenje standardnih mogućnosti BIOS-a, što se ogleda u proširenju nazvanom UEFI. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) standardno je sučelje prema sklopovlju PC-a stvoreno da upotpuni BIOS. Taj je standard stvorilo više od 140 tehnoloških tvrtki u sklopu konzorcija za UEFI, uključujući Microsoft. Stvoren je da bi se poboljšala interoperabilnost programske potpore i prevladala ograničenja BIOS-a. Neke od prednosti UEFI su: bolja sigurnost uz zaštitu procesa prije pokretanja sustava, brže pokretanje sustava i vraćanje iz hibernacije, podrška za diskove kapaciteta većeg od 2.2 terabyta (TB), te podrška za suvremene upravljačke programe uređaja. U prethodnom poglavlju prikazano je više o opisanom proširenju BIOS-a.

SAŽETAK:

Veličina elementarnog tranzistora postaje sve manja, koncepcija rada tranzistora se usavršava, ali je sve teže postojećom tehnologijom izvršiti daljnje smanjivanje njegove veličine. Prelazak s 22 nm tehnologije na 14 nm tehnologiju prvenstveno se odnosi na fizičko smanjivanje već postojećeg dizajna, a iduća generacija mikroprocesora po ustaljenom običaju Intela trebala bi biti 14 nm mikroprocesori s unaprijeđenim tehnologijama, boljom energetskom efikasnošću i novim načinom pakovanja (novo podnožje). Intel već duže vrijeme koristi opisan princip nazvan 'tick-tock model'. Tako je prva faza 14 nm izrade mikroprocesora u biti 'sažimanje' modela iz druge faze u prethodnoj 22 nm tehnologiji uz uvođenje novih osobitosti, a potom slijedi nova arhitektura u 14 nm procesu.

Kako je mikroprocesor u odnosu na prethodnike već prilično smanjen za očekivati je da se chipset preseli u isto kućište s mikroprocesorom (slično konceptu na slici 3b u poglavlju o čipu), te da u narednoj fazi možda postane sastavni dio arhitekture mikroprocesora.

U poglavlju 4.6.2 prikazana je jedna jednostavnija, stabilna i pouzdana matična ploča koja uz grafičku karticu srednje klase i ne baš snažan procesor pruža korisniku vrlo prihvatljive reazultate. Ugrađena je dorađena verzija z170 PCH izrađena u 22 nm tehnologiji, za noviju seriju procesora 'Intel Skylake-S IMC', koja uz podosta neočekivanih dobrih osobitosti podržava DDR4 SDRAM tip radne memorije. PCH serije z270 i z370 izrađene su u istoj 22 nm tehnologiji, ali su unaprijeđene i podržavaju noviju i moćniju seriju mikroprocesora 7. i 8. generacije. Nije mijenjan položaj utora u podnožju mikroprocesora, ali treba voditi računa da su podnožja 7. i 8. generacije mikroprocesora električki nekompatibilna (LGA 1151, odnosno LGA 1151v2).