• Thứ Ba, 11/11/2014 14:05 (GMT+7)

    Tìm hiểu bo mạch chủ máy tính

    Đông Quân
    (PCWorldVN) Bo mạch chủ là nền tảng để xây dựng máy tính và việc hiểu rõ những khái niệm, thông số cơ bản của bo mạch chủ giúp người dùng tối ưu hiệu năng hệ thống.

    Thông thường khi xây dựng một cấu hình máy tính, nhiều người thường bắt đầu từ bo mạch chủ vì nó có tương quan trực tiếp đến những lựa chọn khác là bộ xử lý, card đồ họa, RAM và thậm chí cả thùng máy. Bên cạnh đó, bo mạch chủ cũng được coi là phần cứng có độ phức tạp cao nhất với những thông số kỹ thuật rối rắm, khó hiểu.

    ASRock Z97 OC Formula có đến 4 khe PCI Express x16 dành cho card đồ họa rời.

    Kích thước bo mạch

    Kích thước bo mạch chủ có ảnh hưởng đến lựa chọn kích cỡ thùng máy và không gian sử dụng phù hợp. Phổ biến hiện nay là bo mạch chuẩn ATX, micro-ATX và mini-ITX, trong đó ATX chỉ thích hợp với thùng máy cỡ trung (mid-tower, desktop) trở lên. Chuẩn micro-ATX nhỏ gọn hợp với thùng máy cỡ nhỏ (mini-tower, mini desktop) và đặc biệt mini-ITX phù hợp cho một hệ thống giải trí đa phương tiện tại gia (mini HTPC).

    Bo mạch kích thước lớn cho phép nhà sản xuất đưa vào nhiều thành phần khác nhau, mở rộng khả năng những linh kiện phần cứng khác và nhất là hỗ trợ ép xung tốt hơn. Với bo mạch chủ chuẩn ATX, ngoài đường cấp nguồn chính ATX 24 chân thì đường cấp nguồn EPS12v cho bộ xử lý đến 8 chân, so với 4 chân của bo mạch micro-ATX.

    Về khả năng hỗ trợ card đồ họa rời, một số bo mạch chủ ATX có đến 4 khe PCI Express x16 cho phép ghép nối đa card đồ họa theo công nghệ Nvidia 4-way SLI hoặc AMD CrossFireX với băng thông tối đa 16x – 16x hoặc 8x – 8x – 8x – 8x trong trường hợp các khe được kích hoạt cùng lúc. Trong khi đó, bo mạch chủ micro-ATX và mini-ATX hướng tới phân khúc phổ thông, phù hợp với những cấu hình nhỏ gọn dùng trong gia đình, văn phòng và có mức tiêu thụ điện năng thấp nên thường chỉ có từ một đến hai khe PCI Express dành cho đồ họa rời.

    Mạch VRM cấp nguồn cho bộ xử lý và các thành phần khác của bo mạch chủ.

    Các thành phần trên bo mạch chủ

    Một trong những thành phần quan trọng có ảnh hưởng đến hiệu năng tổng thể và khả năng ép xung là bộ điều biến pha (VRM - voltage regulator module) cấp nguồn cho bộ xử lý và các thành phần khác của bo mạch chủ. Khác với trước đây, mạch VRM trên bo mạch chủ thường chỉ có 3 pha nguồn thì nay, các nhà sản xuất đã bổ sung nhiều pha nguồn hơn nhằm tăng khả năng cấp nguồn.

    Cụ thể các bo mạch hiện nay có từ 6 – 12 pha nguồn và cá biệt, chẳng hạn GA-Z77-UP7 của Gigabyte là một trong số ít sản phẩm thiết kế mạch cấp nguồn lên tới 32 + 3 + 2 pha, trong đó 32 pha cấp nguồn luân phiên cho CPU, 3 pha cho đồ họa tích hợp và 2 pha cho mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp (CPU VTT). Cũng cần lưu ý là sự khác biệt về số pha nguồn không phản ánh chính xác chất lượng của một bo mạch chủ.

    Bên cạnh đó, các nhà sản xuất đều tập trung cải thiện khả năng hiệu chỉnh điện áp chính xác. Toàn bộ pha nguồn trên sẽ được các bộ điều khiển kỹ thuật số (digital engine module) quản lý nhằm cung cấp dòng điện sạch, ổn định và chính xác đến bộ xử lý, đồ họa tích hợp, bộ nhớ và mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp tốt hơn.

    Chip Intel socket LGA-2011 (trái) và LGA-1155 (phải).

    Tính tương thích socket

    Với những bạn đọc ít có kinh nghiệm về phần cứng thì trường hợp xấu nhất có thể xảy ra là sự không tương thích socket giữa bo mạch chủ và bộ xử lý. Chẳng hạn với hai bộ xử lý mới là Core i7-4790K và Core i5-4690K (tên mã Devil’s Canyon) mà Intel giới thiệu đến người dùng trong tháng Bảy vừa qua vẫn sử dụng socket LGA-1150 tương tự những chip Hasswell trước đó. Điều này cũng đồng nghĩa với chip Hasswell Refresh không chỉ tương thích với các bo mạch chủ Intel series 9 (chipset Wildcat Point) mà còn phù hợp cả với bo mạch chủ thế hệ cũ chipset Lynx Point sau khi cập nhật BIOS.

    Ngược lại với các mẫu chip Haswell-E xuất hiện trong thời gian gần đây cũng sử dụng socket LGA-2011 v3 có thiết kế giống hệt nhưng lại không có tính tương thích ngược với socket LGA-2011 của Sandy Bridge-E và Ivy Bridge-E. Cụ thể bộ xử lý Haswell-E Core i7-5930K sẽ không chạy được trên bo mạch chủ chipset X79 Express và ngược lại Ivy Bridge-E như chip 4960X cũng không chạy được với bo mạch chủ mới chipset X99 Express.

    Socket LGA-1150 hiện được sử dụng trong nền tảng Haswell với bo mạch chủ chipset series 8 (tên mã Lynx Point), series 9 (Wildcat Point) và Broadwell trong năm tới. Điểm khác biệt so với Sandy Bridge và Ivy Bridge là Haswell là một SoC (system on chip) hoàn chỉnh, vì vậy chipset Lynx Point sẽ có thiết kế nhỏ hơn, điều này cũng đồng nghĩa với lượng điện năng tiêu thụ sẽ thấp hơn.

    Về phía AMD, bạn đọc cũng cần lưu ý các bộ xử lý APU Kaveri vi kiến trúc Steamroller mới sử dụng socket FM2+ và chúng không tương thích với bo mạch chủ cũ hơn, chipset A85 hỗ trợ socket FM2. Tương tự socket LGA-1150 của Intel thì FM2+ cũng là nền tảng chủ đạo của bo mạch chủ AMD, hỗ trợ 16 tuyến PCI Express 3.0 để truyền tín hiệu trực tiếp giữa bộ xử lý và card đồ họa rời. Điểm khác biệt là bo mạch chủ AMD không hỗ trợ ghép nối đa card đồ họa theo công nghệ SLI của Nvidia mà thay vào đó là đồ họa Hybrid kết hợp giữa card đồ họa rời và đồ họa tích hợp của APU (Accelerated Processing Unit).

    Sơ đồ khối nền tảng Haswell-E, socket LGA-2011 v3.

    Cổng giao tiếp, kết nối thiết bị ngoại vi

    Như đề cập trên, chipset series 8 tên mã (socket LGA-1150) hứa hẹn sẽ có nhiều thay đổi để giúp tối ưu hóa hệ thống khi kết hợp với bộ xử lý Haswell. Trước đây, các cổng HDMI, DVI, VGA… chipset series 7 phân bố rải rác do chipset và CPU quản lý không theo trình tự logic nào thì nay với Lynx Point, các cổng xuất tín hiệu kỹ thuật số như HDMI, DVI sẽ do CPU toàn quyền quản lý và duy nhất cổng VGA do chipset đảm nhiệm. Việc liên lạc giữa chipset vào Graphic Controller của CPU được thực hiện qua giao tiếp gọi là Flexible Display Interface (FDI).

    Cũng cần lưu ý kể từ bo mạch chủ socket LGA-156 (chipset P55 Express) trở về sau không còn sử dụng riêng hai chip cầu bắc và cầu nam (North Bridge và South Bridge) nữa mà thay vào đó là một chip duy nhất với tên gọi là PCH (Platform Controller Hub). Về tính năng của PCH cũng tương tự như South Bridge, nghĩa là quản lý tất cả kết nối của hệ thống như PCI, PCIe, LAN, SATA, Sound, VGA… Ngoài ra, chip Lynx Point vẫn giữ nguyên các đường tín hiệu DMI 2.0 cho việc truyền thông với bộ xử lý.

    Thế hệ bo mạch chủ mới chipset Intel series 9 thiết kế tương thích với bộ xử lý Haswell Refresh K-series và Broadwell socket LGA-1150. Ngoài những ưu điểm kế thừa từ nền tảng Haswell như khả năng xuất tín hiệu hình ảnh độc lập ra ba màn hình cùng lúc, mở rộng không gian làm việc, Haswell Refresh tăng cường khả năng hỗ trợ SSD chuẩn M.2, còn được biết đến dưới tên gọi NGFF (Next Generation Form Factor) thông qua giao tiếp PCI Express, chuẩn giao tiếp mới SATA Express được công bố vào đầu năm 2013 cùng một số tính năng mới như khả năng quản lý điện năng hiệu quả hơn, hỗ trợ micro SSD (µSSD) và SSD chip đơn trong thiết bị lưu trữ dạng nhúng (embedded SSD). Về cơ bản, SATA Express vẫn sử dụng kết nối vật lý SATA đồng thời dùng đến 2 tuyến PCI Express 3.0 để chuyển tải dữ liệu. Vì vậy, băng thông SATA Express có thể đạt mức 2 GB/s, cao hơn đáng kể so với băng thông tối đa của SATA 3.0 (750 MB/s). Điều này đặc biệt có ý nghĩa với những hệ thống cần xử lý nhiều tác vụ cùng lúc.

    Trong khi đó, chipset X99 Express (LGA-2011 v3) vẫn giữ nguyên bốn đường tín hiệu DMI 2.0 (Direct Media Interface) để liên lạc với CPU và 8 tuyến PCI Express 2.0 dành cho các thiết bị ngoại vi. Một thay đổi hữu ích cho người dùng là tất cả cổng kết nối SATA đều là 3.0 (băng thông 6Gb/giây) và tổng số cổng USB chipset hỗ trợ là 14, gồm 8 cổng USB 2.0 và 6 USB. 3.0. Việc nâng cấp hỗ trợ SATA 3.0 là một điều đáng mừng, bởi người dùng có thể thiết lập cấu hình RAID phức tạp (RAID 5, 10…) hoàn toàn bằng kết nối SATA 3.0. Ngoài việc nâng cấp phần cứng, Intel cũng cập nhật Rapid Storage Technology lên phiên bản 13.1, kết hợp cùng công nghệ Dynamic Storage Accelerator (DSA) nhằm tối ưu khả năng lưu trữ của hệ thống.
    Nền tảng Haswell-E cũng hỗ trợ thế hệ bộ nhớ mới DDR4 với hai điểm cải tiến quan trọng nhất là mức tiêu thụ điện năng giảm còn 1,2V và băng thông lớn hơn nhờ phát triển của tuyến truyền (bus) dữ liệu hoàn toàn mới. Theo đặc tả kỹ thuật tổ chức JEDEC công bố, DDR4 có tốc độ truyền tải dữ liệu đạt 3,2 gigatransfers/giây trong khi DDR3 là 1,6 gigatransfers/giây, điện thế đầu vào là 1,2V - giảm khoảng 20% so với mức 1,5V của DDR3 và xung nhịp từ 2.133 MHz đến 3.200 MHz.

    Công nghệ Durable với các thành phần linh kiện chất lượng cao tối ưu cho việc hoạt động liên tục trong thời gian dài.

    Công nghệ đặc trưng

    Trên thực tế, tùy mỗi sản phẩm được thiết kế nhắm đến phân khúc người dùng khác nhau mà nhà sản xuất sẽ bổ sung hoặc lược bớt những tính năng không cần thiết. Ngoài ra, mỗi bo mạch chủ còn được trang bị một số công nghệ đặc trưng thể hiện dấu ấn của hãng. Chẳng hạn Asus với công nghệ Dual Intelligent Processors 5 (tạm dịch công nghệ xử lý kép thông minh thế hệ 5) gồm các thành phần Turbo App, Fan Expert 3, TPU, Digi+ Power Control và EPU hỗ trợ ép xung linh hoạt đồng thời giúp người dùng quản lý, cấu hình hệ thống tốt hơn. Công nghệ Thermal Radar 2 với cảm biến nhiệt trải khắp các “điểm nóng” trên bo mạch chủ nhằm đảm bảo khả năng tản nhiệt tốt nhất. GamerFirst III kết hợp cùng card mạng Gigabit của Intel được tối ưu băng thông cho việc chơi game qua mạng nội bộ lẫn trực tuyến.

    ASRock cũng áp dụng bộ tiêu chuẩn linh kiện mới có tên gọi Super Alloy với bản mạch in sợi thủy tinh Sapphire Black PCB giúp giảm thiểu hiện tượng đoản mạch trong môi trường độ ẩm cao cùng các thành phần linh kiện chất lượng cao như Mosfet “dual stack” (DSM) với 2 lớp silicon cách điện, cuộn cảm hợp kim Premium Alloy Choke có khả năng chịu nhiệt và chống nhiễu từ tốt hơn và tụ lọc đa cấp (multiple filter cap) giúp tăng tính ổn định và độ bền của bo mạch chủ cả khi ép xung.

    Khác với trước đây, tất cả bo mạch chủ của Gigabyte đều được trang bị công nghệ Durable như một tiêu chuẩn bắt buộc nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống khi hoạt động liên tục trong thời gian dài. Cụ thể bo mạch dùng bản mạch in sợi thủy tinh (glass fabric PCB) giúp giảm thiểu hiện tượng đoản mạch trong môi trường độ ẩm cao. Toàn bộ tụ rắn (solid capacitor) cùng Lower RDS(on) MOSFETs có trở kháng thấp giúp tiết giảm điện năng tiêu thụ và nhiệt độ hoạt động thấp. Trang bị các IC có khả năng chống tĩnh điện (ESD Resistance IC) và cả IC chống sốc điện (anti surge IC) nhằm bảo vệ bo mạch chủ và cả những thiết bị phần cứng trong trường hợp nguồn điện quá áp hoặc thấp áp.

    MSI với công nghệ Military thế hệ 4 (Military Class 4) sử dụng các thành phần linh kiện chất lượng cao như cuộn cảm super ferrite choke (SFC), tụ điện Hi-c, tụ rắn nội trở thấp (ESR) giúp tăng độ ổn định cho hệ thống và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm. Mạch cấp nguồn chủ động (Active Phase Switching) đảm bảo việc cấp nguồn cho bộ xử lý, đồ họa tích hợp, bộ nhớ và mạch điều khiển bộ nhớ tích hợp ổn định và hiệu quả hơn so với mạch analog truyền thống.

    PC World VN, 11/2014

    ID: A0411_45