「チップセット」とは何ですか? なぜ気にする必要があるのですか?

新しいコンピューターについて話すときに「チップセット」という用語が飛び交うのを聞いたことがあると思いますが、チップセットとは正確には何ですか?また、コンピューターのパフォーマンスにどのような影響を与えるのでしょうか?

一言で言えば、チップセットはマザーボードの通信センターやトラフィックコントローラーのように機能し、最終的にどのコンポーネントがマザーボードと互換性があるかを決定します ( CPU 、 RAM 、ハードドライブ、グラフィックカードなど)。また、将来の拡張オプション、およびシステムをオーバークロックできる場合はどの程度までオーバークロックできるかについても決まります。

どのマザーボードを購入するかを検討する際には、これら 3 つの基準が重要です。その理由について少しお話しましょう。

チップセットの簡単な歴史

コンピューターが全盛だった時代、PC のマザーボードは多数の個別の集積回路で構成されていました。これには通常、マウス、キーボード、グラフィックス、サウンドなどの各システムコンポーネントを制御するための個別のチップが必要でした。

ご想像のとおり、さまざまなチップを散らばらせるのは非常に非効率的でした。

この問題に対処するために、コンピュータエンジニアはより良いシステムを考案する必要があり、これらの異種チップを少数のチップに統合し始めました。

PCI バスの出現により、ブリッジという新しい設計が登場しました。マザーボードには、多数のチップの代わりにノースブリッジとサウスブリッジが搭載されており、非常に特殊な役割と目的を持つ 2 つのチップだけで構成されていました。

ノースブリッジチップは、マザーボードの上部、つまり北の部分に配置されていたため、そのように知られていました。このチップは CPU に直接接続され、システムの高速コンポーネント (RAM (メモリコントローラー)、PCI Express コントローラー、古いマザーボード設計では AGP コントローラー) の通信仲介者として機能しました。これらのコンポーネントが CPU と通信したい場合は、最初にノースブリッジを経由する必要がありました。

一方、サウスブリッジはマザーボードの底部（南側）に位置していました。サウスブリッジは、PCI バススロット (拡張カード用)、SATA および IDE コネクタ (ハードドライブ用)、USB ポート、オンボードオーディオおよびネットワークなどの、パフォーマンスの低いコンポーネントの処理を担当していました。

これらのコンポーネントが CPU と通信するには、まずサウスブリッジを通過し、次にノースブリッジに到達し、そこから CPU に到達する必要がありました。

これらのチップは、文字通りチップのセットであるため、「チップセット」として知られるようになりました。

完全統合に向けた着実な歩み

ただし、古い伝統的なノースブリッジおよびサウスブリッジのチップセット設計は明らかに改善の余地があり、実際にはチップのセットではない今日の「チップセット」に着実に道を譲っていきました。

代わりに、古いノースブリッジ/サウスブリッジアーキテクチャは、より現代的なシングルチップシステムに譲歩しました。メモリやグラフィックスコントローラーなどの多くのコンポーネントが CPU に統合され、CPU によって直接処理されるようになりました。これらの優先順位の高いコントローラー機能が CPU に移行したため、残りの役割は 1 つの残りのサウスブリッジスタイルチップに組み込まれました。

たとえば、新しい Intel システムには、プラットフォームコントローラーハブ (PCH) が組み込まれています。これは、実際には、古いサウスブリッジチップがかつて処理していた役割を担うマザーボード上の単一チップです。

PCH は、ダイレクトメディアインターフェイス (DMI) と呼ばれるものを介して CPU に接続されます。 DMI は実際には新しい技術革新ではなく、2004 年以来、Intel システム上でノースブリッジをサウスブリッジにリンクする伝統的な方法でした。

AMD チップセットはそれほど違いはなく、古いサウスブリッジは現在 Fusion Controller Hub (FCH) と呼ばれています。 AMD システム上の CPU と FCH は、ユニファイドメディアインターフェイス (UMI) を介して相互に接続されます。基本的には Intel と同じアーキテクチャですが、名前が異なります。

Intel と AMD の多くの CPU には統合グラフィックスも組み込まれているため、(ゲームやビデオ編集などの集中的なタスクを実行しない限り) 専用のグラフィックスカードは必要ありません。 (AMD では、これらのチップを CPU ではなく、アクセラレーテッドプロセッシングユニット (APU) と呼んでいますが、これは統合グラフィックスを備えた AMD CPU とそうでない AMD CPU を区別するのに役立つマーケティング用語です。)

これはつまり、ストレージコントローラー (SATA ポート)、ネットワークコントローラー、および以前はパフォーマンスが低かったすべてのコンポーネントのホップが 1 つだけになったことを意味します。サウスブリッジからノースブリッジ、そして CPU に移動する代わりに、PCH (または FCH) から CPU に単純にホップできます。その結果、待ち時間が短縮され、システムの応答性が向上します。

チップセットによって互換性のある部品が決まります

さて、チップセットとは何かについての基本的な考え方は理解できましたが、なぜ気にする必要があるのでしょうか?

冒頭で説明したように、コンピューターのチップセットによって、コンポーネントの互換性 (どの CPU と RAM が使用できるか)、拡張オプション (PCI カードを何枚使用できるか)、およびオーバークロック機能の 3 つの主なことが決まります。これらのそれぞれについて、互換性から始めてもう少し詳しく説明しましょう。

コンポーネントの選択は重要です。新しいシステムは最新世代の Intel Core i7 プロセッサーになりますか、それとももう少し古い (そして安価な) プロセッサーで満足しますか?より高クロックの DDR4 RAM が必要ですか、それとも DDR3 で大丈夫ですか ?接続しているハードドライブは何台ですか?またその種類は何ですか? Wi-Fi を内蔵する必要がありますか? それともイーサネットを使用しますか?複数のグラフィックスカードを実行しますか? それとも 1 つのグラフィックスカードと他の拡張カードを実行しますか?潜在的な考慮事項をすべて考えると気が遠くなり、より優れたチップセットにより、より多くの (そしてより新しい) オプションが提供されます。

ここでも価格が大きな決定要因となるでしょう。言うまでもなく、システムが大きくて性能が悪くなるほど、コンポーネント自体のコストと、コンポーネントをサポートするマザーボードのコストの両方が高くなります。コンピューターを構築している場合は、コンピューターに何を投入したいのか、そして予算に基づいてニーズを決めることになるでしょう。

チップセットによって拡張オプションが決まります

チップセットは、使用するバスのおかげで、マシン内に拡張カード (ビデオカード、TV チューナー、 RAID カードなど) 用のスペースをどの程度確保するかも決定します。

システムコンポーネントと周辺機器 (CPU、RAM、拡張カード、プリンタなど) は、「バス」を介してマザーボードに接続します。すべてのマザーボードには、速度と帯域幅の点で異なるいくつかの異なるタイプのバスが含まれていますが、簡単にするために、外部バス (USB、シリアル、パラレルを含む) と内部バスの 2 つに分類できます。

最新のマザーボードに搭載されている主要な内部バスは、 PCI Express (PCIe) として知られています。 PCIe は「レーン」を利用し、RAM や拡張カードなどの内部コンポーネントと CPU との通信、またはその逆の通信を可能にします。

レーンは単純に 2 対の有線接続です。1 つのペアはデータを送信し、もう 1 つのペアはデータを受信します。したがって、1x PCIe レーンは 4 本のワイヤで構成され、2x は 8 本というようになります。ワイヤが多いほど、より多くのデータを交換できます。 1x 接続は各方向に 250 MB を処理でき、2x 接続は 512 MB を処理できます。

利用可能なレーン数は、マザーボード自体のレーン数と、CPU が提供できる帯域幅容量 (レーン数) によって異なります。

たとえば、多くの Intel デスクトップ CPU には 16 レーンがあります (新しい世代の CPU には 28 レーン、さらには 40 レーンもあります)。 Z170 チップセットマザーボードはさらに 20 個、合計 36 個を提供します。

X99 チップセットは、使用する CPU に応じて、8 つの PCI Express 2.0 レーンと最大 40 の PCI Express 3.0 レーンを提供します。

したがって、Z170 マザーボードでは、PCI Express 16x グラフィックスカードはすべて単独で 16 レーンを使用します。その結果、これらのうち 2 つを Z170 ボード上でフルスピードで一緒に使用できるため、追加コンポーネント用に 4 つのレーンが残ります。あるいは、1 枚の PCI Express 3.0 カードを 16 レーン (16x) で実行し、2 枚のカードを 8 レーン (8x) で実行することも、4 枚のカードを 8x で実行することもできます (その数を収容できるマザーボードを購入した場合)。

結局のところ、これはほとんどのユーザーにとって問題ではありません。複数のカードを 16 倍ではなく 8 倍で実行しても、パフォーマンスが低下するのは、たとえあったとしても 1 秒あたり数フレームだけです。同様に、 PCIe 3.0 と PCIe 2.0 の間にも違いはほとんどなく、ほとんどの場合、 10% 未満です。

ただし、グラフィックスカード 2 枚、TV チューナー、Wi-Fi カードなど、多数の拡張カードを搭載する予定がある場合は、すぐにマザーボードがいっぱいになる可能性があります。多くの場合、PCIe 帯域幅をすべて使い果たす前に、スロットが不足します。ただし、追加するすべてのカードをサポートするのに十分なレーンが CPU とマザーボードにあることを確認する必要がある場合もあります (そうしないと、レーンが足りなくなり、一部のカードが機能しない可能性があります)。

チップセットによって PC のオーバークロック能力が決まります

したがって、チップセットによって、どのパーツがシステムと互換性があるか、および使用できる拡張カードの数が決まります。しかし、それが決定する主な要素がもう 1 つあります。それはオーバークロックです。

オーバークロックとは、単にコンポーネントのクロックレートを、動作するように設計されている速度よりも高くすることを意味します。多くのシステム調整者は、より多くのお金をかけずにゲームやその他のパフォーマンスを向上させるために、CPU または GPU をオーバークロックすることを選択しています。これは簡単なことのように思えるかもしれませんが、速度の向上に伴い電力使用量と発熱量が増加し、安定性の問題が発生し、部品の寿命が短くなる可能性があります。また、すべてを確実に冷却するには、より大きなヒートシンクとファン (または液体冷却) が必要になることも意味します。それは間違いなく、気の弱い人向けではありません。

ただし、問題は、特定の CPU のみがオーバークロックに最適であるということです (名前に K が含まれる Intel および AMD モデルから始めるのが良いでしょう)。さらに、特定のチップセットのみがオーバークロックを許可する場合があり、一部のチップセットではオーバークロックを有効にするために特別なファームウェアが必要になる場合があります。したがって、オーバークロックしたい場合は、マザーボードを購入するときにチップセットを考慮する必要があります。

オーバークロックを可能にするチップセットには、 UEFI または CPU のクロック速度を上げるための BIOS 。チップセットがオーバークロックに対応していない場合、それらのコントロールは存在せず (または、存在したとしてもほとんど役に立たない)、基本的にロックされた CPU に苦労して稼いだお金を費やしてしまう可能性があります。宣伝されている速度。

したがって、オーバークロックを真剣に検討する場合は、箱から出してすぐにどのチップセットがそれに適しているかを事前に知っておくことが有益です。さらに詳しい方向性が必要な場合は、どの Z170 マザーボードまたは X99 マザーボード (またはその他のオーバークロック可能なチップセット) が最適であるかを明確に教えてくれる購入者向けガイドがたくさんあります。

マザーボードを比較する方法

良いニュースがあります。マザーボードを選択するために、すべてのチップセットについてすべてを知る必要はありません。確かに、最新のチップセットをすべて調査して、Intel のビジネス、メインストリーム、パフォーマンス、およびバリューチップセットのいずれかを決定することも、AMD の A シリーズと 9 シリーズについてすべて学ぶこともできます。あるいは、 Newegg のようなサイトに面倒な作業を任せることもできます。

現世代の Intel プロセッサを搭載した強力なゲームマシンを構築したいとします。 Newegg のようなサイトにアクセスし、ナビゲーションツリーを使用して候補を Intel マザーボードに絞り込みます。次に、サイドバーを使用して、フォームファクター (PC のサイズに応じて)、CPU ソケット (使用する CPU に応じて)、および場合によってはさらに検索を絞り込みます。必要に応じて、ブランドまたは価格で絞り込みます。

そこから、残りのマザーボードのいくつかをクリックし、良さそうなものの下にある「比較」ボックスをチェックします。いくつか選択したら、[比較] ボタンをクリックすると、機能ごとに比較できるようになります。

たとえば、MSI のこの Z170 ボードと MSI のこの X99 ボードを考えてみましょう。両方を Newegg の比較機能に接続すると、大量の機能を備えたグラフが表示されます。

チップセットによる違いがいくつか確認できます。 Z170 ボードは最大 64 GB の DDR4 RAM を搭載できますが、X99 ボードは最大 128 GB を搭載できます。 Z170 ボードには 4 つの 16x PCI Express 3.0 スロットがありますが、これが処理できる最大プロセッサーは Core i7-6700K で、最大 16 レーン、合計 36 レーンになります。一方、X99 ボードは、最大で 16 レーンまで対応できます。 Core i7-6850 CPU などの高価なプロセッサを使用している場合は、PCI Express 3.0 レーンを 40 まで増やすことができます。ほとんどのユーザーにとって、これは問題ではありませんが、多数の拡張カードを持っている場合は、レーンを数えて、選択したボードに十分な帯域幅があることを確認する必要があります。

明らかに X99 システムの方が強力です。しかし、これらの比較表を確認しながら、実際にどのような機能が必要なのかを自問する必要があります。 Z170 チップセットは最大 8 つの SATA デバイスを受け入れ、この特定のマザーボードには、強力なゲーム PC として魅力的な見込みとなるその他の機能が豊富に含まれています。 X99 チップセットが必要になるのは、4 コア以上の本格的な CPU、64 GB 以上の RAM が必要な場合、または多数の拡張カードが必要な場合のみです。

マザーボードを比較すると、さらに調整できることがわかる場合もあります。おそらく、最大 32 GB の DDR3 RAM を処理できる、より控えめな Z97 システム、かなり高性能な 16 レーン Core i7-4790K CPU 、およびフルスピードで動作する 1 枚の PCI Express 3.0 グラフィックカードを検討することになるでしょう。

これらのチップセット間のトレードオフは明らかです。チップセットが上がるごとに、より優れた CPU、RAM、グラフィックスオプションを選択できるようになり、さらにそれらのオプションが増えることは言うまでもありません。しかし、コストもかなり上がります。ありがたいことに、実際に始める前にすべてのチップセットの詳細を知る必要はありません。これらの比較表を使用して、機能ごとに比較できます。

(比較を行うにはおそらく Newegg が最適なサイトですが、、 Fry’s 、 Micro Center など、部品を購入できる優れたストアは他にもたくさんあることに注意してください)。

通常、これらの比較表で議論されない唯一のことは、オーバークロック能力です。特定のオーバークロック機能について言及している場合もありますが、レビューを詳しく調べたり、グーグルでオーバークロックに対応できるかどうかを確認したりすることも必要です。

コンポーネント、マザーボードなどを検討するときは、必ずデューデリジェンスを行うようにしてください。ユーザーのレビューだけに頼るのではなく、時間をかけて Google で実際のハードウェアのレビューを調べ、プロがどのように感じているかを確認してください。

絶対的な必需品 (RAM、グラフィックス、CPU) 以外にも、オンボードオーディオ、USB ポート、LAN、レガシーコネクタなど、チップセットはすべての重要なニーズに対応する必要があります。ただし、何が得られるかは、マザーボード自体と、メーカーが搭載することを決定した機能によって異なります。したがって、Bluetooth や Wi-Fi のようなものがどうしても必要で、検討しているボードにそれが含まれていない場合は、追加コンポーネントとして購入する必要があります (多くの場合、USB または PCI Express スロットの 1 つが占有されます)。）。

システム構築はそれ自体が芸術であり、今日ここで話した内容以外にも、さらに多くのことがあります。しかし、これにより、チップセットとは何か、なぜそれが重要なのか、そして新しいシステムのマザーボードとコンポーネントを選択する際に考慮する必要があるいくつかの考慮事項がより明確に理解できることを願っています。

画像クレジット: Artem Merzlenko /Bigstock、ドイツ語 /Wikimedia、 László Szalai /Wikimedia、 Intel 、 mrtlppage /Flickr、 V4711 /Wikimedia