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最新チップセットの秘密を探るX58マザーボード徹底解剖

TEXT：Ta 152H-1

X58マザーボードの実装を読み解く！

■	Intel純正X58マザーで見るボードレイアウト

　ここでは、IntelのX58搭載マザー「DX58SO」を用いて、X58マザーボードのレイアウトを解説していく。

　まず、ボードレイアウトで特徴的なのがCPUソケットとメモリソケットの間にチップセットなどが存在しないことだ。チップセットがメモリコントローラを内蔵している場合、このようなレイアウトは採用できない。基板上の配線パターンを追いかけていくと、CPUソケットからメモリソケットに向かって信号線が延びているのが分かるわけだが、これはもちろん、CPUがメモリコントローラを内蔵しているためだ。

　なお、ほとんどの他社製X58マザーにはメモリスロットが6本用意されており、DX58SOは4本のみの実装と非常に変則的。トリプルチャンネルアクセスが使えるのはすべての青いスロットを使った場合のみであり、黒いスロットを使うとトリプルチャンネルで動作せず、極端に性能が落ちることになる。

　その点を除けば、IOHの位置などが多少他社製品と異なるものの、仕様上の大きな違いはない。

Intel DX58SO

メモリスロットが4本と、ほかのX58マザーには見られないレイアウト。ただし、VRMの仕様などはリファレンス設計にもとづいた堅実な構成で、純粋にX58マザーに必要な設計仕様を読み解くには、適した実装となっている。

（1）VRM（CPU用電源回路）

VRD11.1に対応。ソケットがLGA1366になったが仕組は従来どおり

（2）IOHとCPUアンコア部の電源回路

AMDのSocket AM2マザーボードと同じように、チップセットとメモリコントローラの電源回路も備えている

（3）QPI

新設計のバスとなるQPIを実装。CPUとIOH間を広帯域で接続

（4）メモリインターフェース

トリプルチャンネルアクセスに対応し、3枚1組でインターリーブによる性能アップが図れる

（5）PCI Expressインターフェース

IOHは合計36レーンのPCI Express接続インターフェースを持つ。DX58SOはSLI非対応だが製品によっては動作をサポートする

（6）ICH

P45などのIntel 4シリーズと同じく、最新のICH10シリーズを採用。IOHとはDMI接続

CPU裏（リテンション）

X58マザーのCPU裏には金属製のリテンションが装備されるようになった。CPUクーラー装着時のたわみが軽減されたほか、多少の冷却効果も期待できるだろう

トリプルチャンネルを採用した理由

メモリインターフェースがトリプルチャンネルというあまり切りのよい数字でないのは、QPIとDDR3メモリの帯域幅のバランスを考えたからだと推測できる。QPIを6.4GT/sの転送レートとし、16bit分のバス幅を合わせれば、双方向で25.6GB/sの帯域幅となり、DDR3-1066のトリプルチャンネル分の帯域幅とほぼ同じになる。ただし、QPIの帯域幅はCPUによって変わり、そもそもデータ転送のロジックが違うものを単に数字合わせで比較するのは少々強引なのだが、お互いの帯域幅が極端にアンバランスだと、そこがボトルネックとなり、システムの効率が悪くなる。帯域幅が近いのにはそういった理由が考えられる。

トリプルチャンネルアクセスでは文字どおり、3チャンネル分の帯域幅でデータ転送を行なう。そして、そのためには3枚単位のメモリが必要となる。メモリはとくに相性の出やすいパーツだけに、各メモリメーカーはCore i7検証済みをうたった3枚組のDDR3メモリを販売しているところが多い

（1）VRM（CPU用電源回路）

Intelの策定する新しい電源仕様のVRD11.1に準拠した6フェーズ同期整流のVRM。VRMはCPUに電源供給を行なう役割を持つ。VRD11.1ではコアごとに動作倍率を変えたり、場合によっては動作を停止したりするといったCPU内部でのダイナミックな挙動の変化に対応できるように、電源の監視と制御を行なう機能を追加している。こうした機能を実装するにはVRD11.1に対応したPWMコントローラが必要になる。

他社のX58搭載マザーボードの中には16フェーズのVRMを採用した製品もある。しかし、DX58SOが6フェーズということは、Core i7の通常用途ではこの程度のフェーズ数でも十分動作するということでもある

（2）IOHとCPUアンコア部の電源回路

IOHとメモリコントローラなどのCPUアンコア部※に電力供給を行なう2系統の電源回路。Core i7では、これまでMCHが内蔵していたメモリコントローラがCPUのアンコア部に移動し、CPUでもコア部とアンコア部は独立して電源が供給されることになった（コア部には（1）のVRMが供給）。CPUのそばに出力コンデンサがあるほうがアンコア部の電源回路。電源はコア部がDC12Vを使うのに対して、こちらはDC5Vを使っている。

X58では、IOHとメモリコントローラ部の電源回路が分けられている。AMDのSocket AM2マザーも、同じようにNorth BridgeとCPUのメモリコントローラ用電源回路が分けられた構成になっている

（3）QPI

CPUとIOHを接続するQPIは、データレーン用に2線1対の信号線が片方向で40本、上り下りを合計すると80本あるほか、クロック信号用にも上り下りで2＋2本があり、信号線の数は多い。1対の信号線がペアで等長配線されているのはAMDのCPUが採用しているシステムバスのHyperTransportも同様であり、メモリコントローラを内蔵していることと合わせ、X58マザーボードのレイアウトがSocket AM2マザーと似たものになる要因となっている。

基板裏の写真。CPUとIOHを直接接続している信号線が見えるが、これがQPIである。送信用と受信用の信号線からなり、片方向のバス幅は20bit（実質データ16bit）となっている

（4）メモリインターフェース

Core i7はメモリコントローラを内蔵しており、トリプルチャンネルアクセスのメモリインターフェースを備えている。写真を見ると、CPU部分から直接メモリソケット部分に向かって信号線が延びているのが分かる。また、そのチャンネル数も多いため、信号線の数はこれまでのマザーボードよりも増えている。見た目で信号線が多くないのは基板内層でも信号線を通しているから。チップセットとメモリソケットの間に信号線はなく、その部分にIOHとアンコア部の電源回路が配置されている。

基板裏の写真。CPUとメモリを結ぶ信号線が見える。Core i7はメモリコントローラを内蔵しているため、CPUとメモリが直結され、MCHを介さなくてよい分、高速アクセスが可能になっている

（5）PCI Expressインターフェース

2本のPCI Express 2.0 x16スロットと1本のPCI Express 2.0 x4スロットの信号線はいずれもIOHと接続されている。DX58SOでは、PCI Express 2.0 x4のスロットがエッジフリータイプのもので、x16接続のビデオカードを挿すことができるようになっている。IOHのPCI Expressバスの合計レーン数は36レーンであり、SLIまたはCrossFireX時にx16＋x16のフルレーン接続ができるほか、製品にもよるが3-way SLI時には基本的にx16＋x8＋x8レーン構成となる。

PCI Express x4スロットは、角が切り取られているエッジフリータイプを採用しており、x16接続のビデオカードを搭載できる。なお、DX58SOはCrossFireXに対応するが、SLIには非対応となっている

（6）ICH

Intel 4シリーズマザーボードと実装が大きく異なるX58マザーボードだが、ICH部分に関してはまったく変更がない。X58が採用するICH10シリーズはP45やG45と同じものであり、X58のために新たに設計された部分もない。従来はMCHと接続されていたわけだが、X58ではIOHと接続される。接続方式は今までと同じDMI（Desktop Management Interface）であり、帯域幅も変わらず2GB/sとなっている。