Новейщие технологии, реализуемые в материнских платах, позволяют повысить надежность и энергоэффективность компьютеров
Евгений Рудометов
Современные компьютеры состоят из большого числа элементов. Большинство из них созданы с применением современных научно-технических достижений. Благодаря успехам полупроводниковых технологий в архитектуре новейших микросхем используется большое число транзисторов. Это число часто достигает уже десятков, а в ряде случаев и многих сотен миллионов полупроводниковых транзисторов. И это далеко не предел.
Оценивая В качестве примера обычно на ум приходят современные центральные процессоры, многоядерные модели которых уже насчитывают более полумиллиарда транзисторов.
Однако хотя процессоры и являются очень важными компонентами, ими наборы компьютерных элементов не исчерпываются. Действительно, кроме них есть и другие не менее насыщенные полупроводниковыми транзисторами компонентами.
Это, например, графические процессоры, являющиеся основными видеочипами и составляющие основу видеокарт. Они по числу транзисторов в ряде случаев не уступают своим старшим собратьям — центральным процессорам.
Можно также вспомнить и о микросхемах оперативной памяти. Несколько микросхем, объединенных на одной маленькой плате, позволяют достичь емкости уже в 4 Гбайт и более. А каждый байт это, как известно, восемь бит. Для его формирования аппаратными средствами требуется несколько транзисторов. Таким образом, это позволяет говорить о многих миллиардах (и даже о десятках миллиардов) полупроводниковых транзисторов, составляющих сегодня оперативную память компьютерной системы. Кстати, столь большая оценка выводит этот важный компонент по числу используемых полупроводниковых элементов в лидеры среди других компьютерных компонентов, правда, почему-то об этом, как правило, многие забывают, фиксируя обычно свое внимание исключительно на центральных и графических процессорах.
Остается добавить, что в компьютере немало и других компонентов, внутренняя сложность которых сравнительно велика. К их числу относятся и накопители на жестких магнитных дисках (жесткие диски), и оптические диски, и карты расширения. В их составе используется большое количество различных элементов, включая самые современные микросхемы.
Приведенные примеры свидетельствуют о сложности используемых в компьютерах компонентов. Часть из них, например, память, постороена на однотипных внутренних схемах, сгрупированных в регулярные структуры, как, например, кристаллическая решетка в минералах или, например, дома в жилых кварталах городов. Но некоторые компоненты очень сложны из-за использования в их составе разнообразных схем. Каждая из таких схем работает по своим особым внутренним алгоритмам. И требуется особая изошренность инженеров, чтобы заставить все эти разные схемы работать согласованно. К числу таких сложных систем необходимо отнести в первую очередь центральные процессоры.
Оценивая приведенные изделия, необходимо отметить, что такие элементы сложны и в проектировании, и в производстве. И не редко они требуют особых условий в применении, особенно, если вспомнить о высоких частотах работы большинства совремнных элементов.
А что тогда можно сказать о сложностях, связанных с совместной работой всех сложнейших элементов компьютеров? Как же заставить их работать вместе надежно и производительно? Неужели для каждого комплекта, состоящего из процессора, видеокарты, модулей оперативной памяти, жестких и оптических дисков, требуется заново проектировать и выпускать уникальные модели компьютеров, элементы которых соединены многочисленными проводами?
На заре компьютерной эры так и делали, создавая уникальные изделия. Но в современных компьютерах указанные проблемы решаются с помощью разработки универсальных решений. Основу же таких решений составляют материнские платы, вобравшие достижения научно-технической мысли.
Этот чрезвычайно сложный компонент объединяет в себе очень большое число разнообразных микросхем, а также других электронных компонентов. Основная цель — обеспечить бесперебойную, согласованную и производительную работу всех основных компонентов компьютера. Это достигается за счет предоставления требуемых логических связей и необходимых электрических режимов.
Конечно, это является непростой задачей для конструкторов, особенно, если учесть, что каждая плата проектируется с учетом возможного использования разных комплектов основных комплектующих. Здесь необходимо отметить, что особые сложности вызывают проблемы передачи сигналов на высоких частотах.
Конечно, использование высоких частот обеспечивает требуемую производительность, так как чем больше частота, тем больше выполняется команд в секунду. Но высокая частота накладывает и особые требования на используемые в составе материнских плат элементы, их соединение, их питание и т. п. Кстати, некоторые высокопроизводительные, высокочастотные компоненты выделяют очень много тепла, поэтому для их успешной работы их еще надо и адекватно охлаждать.
Для выполнения необходимых требований необходимы квалифицированные инженеры, способные спроектировать соответствующие платы, а также заводы, обеспечивающие необходимое качество. Но такие центры разработки и производства очень дороги, и их стоимость отражается на цене конечной продукции. Единственный выход — выпускать изделия большими тиражами. Именно поэтому качественные материнские платы могут выпускать только крупные компании, способные изготавливать их сотнями тысяч.
В качестве примера таких производителей можно привести компанию Gigabyte (Gigabyte Technology CO., LTD) — одного из лидеров рынка материнских плат. Эта компания регулярно внедряет в свои изделия аппаратно-программные инновации, направленные на повышение надежности и производительности компьютеров.
Обзор перспективных инноваций приведен в следующих частях данной статьи.
>> Часть 2