Nuevas tecnologías en motherboards

Nuevas tecnologías en motherboards - DattaMagazine

Presentamos los últimos estándares en motherboards y sus complementos: memoria DDR3, form factor BTX, Serial-ATA II RAID, PCI-Express 2.0, e-S-ATA, SLI/CrossFire y mucho más.

Este artículo fue publicado originalmente en la edición de julio de 2009 de DattaMagazine, la revista de tecnología de Dattatec .
Autor: Javier Richarte – javier.richarte@dattamagazine.com

Los motherboards fueron evolucionando a lo largo de su historia por dos motivos: el formato y distribución de sus componentes y por la cantidad y variedad de funciones agregadas.
El form factor de un motherboard define los tamaños estándar y la distribución de los componentes sobre la placa. Con respecto a las funciones que se fueron adicionando a lo largo de la historia, nos referimos, por ejemplo, a los distintos puertos de expansión y a tecnologías que antes eran opcionales, como el RAID y que hoy, en cambio, vienen de serie hasta en las placas de línea básica.
Recordemos que en los albores de la plataforma PC la única interfaz incluida en el motherboard era el conector de teclado AT (ficha DIN) y que, poco a poco, se le fue adicionando a la placa madre interfaces o conectores como los de puerto serie, paralelo, puertos PS/2, controladoras de disco y floppy, puertos USB, etc.
Hoy en día es muy común ver motherboards con video incorporado y es raro que alguna placa base no posea sonido o red incorporados de fábrica.

Estándar BTX

En las primeras PCs no existía un formato estandarizado, no fue hasta unos años después, con la llegada del formato XT que se definió por primera vez las dimensiones y ubicación de las partes que conformaban la placa madre. Luego vino el AT con bastantes cambios importantes, pero no fue hasta el ATX, que aparece en el año 1996, cuando se diseñó un estándar teniendo muy en cuenta la circulación del aire. En esa época los procesadores ya alcanzaban altas temperaturas y se tornó importante la refrigeración, además de otros aspectos. En la tabla de esta página incluimos la lista de los form factor más populares y el nuevo, casi a estrenar, formato BTX (Balanced Technology Extended).
En el año 2004 se presenta al mercado el nuevo formato BTX, con la idea de balancear el apartado térmico y acústico y la performance del sistema, además es diseñado teniendo en cuenta tecnologías emergentes como PCI Express, USB 2.0 y Serial ATA.
La principal mejora de este estándar es la ubicación estratégica de los componentes principales (procesador, chipset y controlador gráfico) para que sean ventilados con el mismo y único cooler presente en el motherboard, lo que hace innecesario el uso de ventilación adicional dentro del gabinete y reduce a tan sólo un ventilador dentro de la placa base, esto conlleva dos grandes ventajas: reducción de ruido y de consumo.
Esta innovación es conocida como in-line airflow (corriente de aire en línea) y también ayuda a disminuir la reducción de ruido generado por la forma en que el flujo de aire circula por el interior del sistema.
Todavía es muy difícil ver este tipo de motherboards y gabinetes en el mercado, pero se estima que en la próxima década el estándar BTX dé el gran salto para empezar a llegar al público masivo.

Serial ATA II

En la actualidad, los fabricantes de placas madre van disminuyendo la cantidad de puertos IDE (P-ATA) y van dándole cada vez más lugar a los Serial-ATA y Serial-ATA II.
S-ATA II es compatible con los anteriores discos S-ATA I y tiene una velocidad de transferencia de 300 MB/s y ya está presente en los motherboards desde finales del año 2004, en la práctica no obtiene resultados sorprendentes frente a Serial-ATA I, aunque introduce novedades con respecto su antecesora, como la tecnología NCQ (Native Command Queuing) que mejora la transferencia de datos gracias a la ordenación de paquetes que se envían hacia la controladora de disco mediante prioridades.
Las grandes ventajas de S-ATA I y II con respecto a los antiguos dispositivos Parallel-ATA son la velocidad de transferencia máxima de 150 y 300 MB/s respectivamente, la propiedad de ser Hot Plug (se pueden enchufar o quitar discos con la PC funcionando), el largo de los cables puede ser de hasta un metro, menor consumo eléctrico y además, los cables son más angostos, lo que mejora la circulación del aire y disminuye la radiación electromagnética.

RAID: Performance o seguridad

Últimamente en la mayoría de las placas base podemos ver dos o cuatro conectores S-ATA dedicados especialmente al soporte de RAID (Redundant Array of Independent Disks o conjunto redundante de discos independientes).
Este sistema permite conectar varios discos en simultáneo para logar mayor rendimiento, mayor seguridad o ¡ambas! Estos métodos se categorizan por números o niveles, siendo los más utilizados RAID 0, RAID 1, RAID 2 y RAID 3.

RAID 0:
Ofrece mayor rendimiento, ya que se utilizan dos discos, pero en Windows éstos suman su capacidad para conformar una sola unidad y cada archivo es almacenado en fragmentos que se reparten entre los dos discos. De esta forma, cuando el sistema necesita leer un dato, los dos discos cooperan en esa tarea, y el tiempo de respuesta es significativamente menor. Es ideal para acelerar la lectura de discos y es aprovechado por usuarios hogareños y gamers. Se conoce a este método como striping, por el segmentado de archivos.

RAID 1:
Este nivel utiliza dos discos donde almacena una copia de cada archivo en ambos discos y se lo conoce como “espejado”. Es más seguro, ya que genera un backup en tiempo real en el otro disco y ante una pérdida de información no necesita reconstruir datos, ya que el segundo disco contiene la misma estructura de archivos que el principal.

RAID 2-3:
En este método se congregan más discos para formar un conjunto, y por lo tanto obtener tolerancia a fallas múltiples. Se utiliza corrección de errores ECC para RAID 2 y paridad para RAID 3. Suele utilizarse en servidores web, de correo y de archivos.

PCI Express 1.0 y 2.0

Antes conocido como 3GIO y apoyado por Intel, nació en 2004 y fue pensado para reemplazar definitivamente al PCI y al AGP, el PCI-Express es un bus local que utiliza una señal serie punto a punto, que logra altas tasas de transferencia al enviar y recibir información. Por ahora está presente en los motherboards de alta gama o en las versiones “Deluxe”, pero de a poco se va afianzando cada vez más, hasta que en unos dos o tres años reemplace por completo al PCI.
Este tipo de puerto utiliza dos carriles que operan a 2,5 Gbit/s o 250 MB/s, uno para recibir y otro para enviar datos. Existen variantes en los puertos PCI-Express, estas son: 1x, 4x, 8x y 16x. La versión de 16x logra un ancho de banda de 4 GB/s y apunta principalmente a placas de video aceleradoras 3D.Vale aclarar que una placa PCI-Express 1x puede colocarse perfectamente en un zócalo de 4x, 8x o 16x.
Al menos por ahora, no se ha logrado aprovechar al máximo el total de ancho de banda ofrecido por la versión de 16x. Las aceleradoras de video PCI-Express no logran sacarle el jugo a esta tecnología y por ahora ofrecen un rendimiento similar al de una placa con bus AGP 8x.
En el año 2007, se liberó la segunda versión del bus PCI Express, denominada 2.0 y dobla la tasa de transferencia de 250 a 500 MB/s. El próximo estándar ya en desarrollo, el 3.0, planea volver a duplicar ese valor del estándar 2.0.

SLI y CrossFire: Gráficos en paralelo

En la lucha por alcanzar el máximo rendimiento nVidia y ATI se enfrentan una vez más para ser el líder del mercado en el apartado de la aceleración 3D. nVidia desarrolló en 2003 una tecnología llamada SLI (Scalable Link Interface) basándose en una idea que unos cuantos años atrás ya se había utilizado en las clásicas placas 3Dfx VooDoo2.
SLI consta de instalar dos placas aceleradoras idénticas en un mismo motherboard que soporte esta norma y que, obviamente, posea dos zócalos PCI-Express 16x libres. Las placas se unen entre sí por medio de un puente interno. De esta forma, las aceleradoras se reparten el trabajo de procesamiento gráfico, sobre todo en juegos, para lograr un mayor rendimiento.
ATI arremetió contra nVidia con su sistema CrossFire, que básicamente utiliza el mismo principio de funcionamiento pero las placas se conectan mediante un cable externo.
Además existe otra gran diferencia, Crossfire consta de una aceleradora común, pero la otra debe ser una placa “CE” (CrossFire Edition) que es una placa especial, por tener un chip adicional y por tener una salida DVI y un conector especial llamada DMS-59.
En cuanto a rendimiento y costos ambos métodos son bastante similares, sólo están presentes en motherboards de ediciones especiales o “SLI”.

USB 3.0

La tercera versión del puerto más popular, se encuentra en pleno desarrollo. La primera especificación estará disponible pronto y los primeros dispositivos verán la luz en lo que queda del 2009 o durante 2010.
El ancho de banda de esta nueva interfaz será de 4,8 Gbits por segundo (o 600 MB/s), valor diez veces más rápido que el USB 2.0 y 32 veces más que el USB 1.1. Esto se logra gracias al uso de cables de fibra óptica en vez de los tradicionales pares de cobre.
Con respecto a su competencia, el puerto FireWire, podemos decir que Apple planea especificar los sucesores del FireWire 800, conocido como IEEE1394b/c con el FireWire 1600 y 3200, mencionados anteriormente; de 1.6 Gbps y 3.2 Gbps, respectivamente.

UWB

Existen pruebas para dar vida a una tecnología inalámbrica tanto para USB como para FireWire, más precisamente sobre un enlace o señal llamado UWB (UltraWide Band). Apuntan a reemplazar a las existentes redes WiFi y dispositivos Bluetooth con estos enlaces ultra-rápidos. Estas nuevas implementaciones son también conocidas como Wireless USB (también conocido como WiMedia) y Firewireless –aunque no son sus nombres definitivos-. El Wireless USB operará a la nada despreciable cifra de 300 Mbits por segundo.
Las principales características y potencia de WiMedia harán que esta tecnología acabe con los cables utilizados en dispositivos multimedia portátiles como los reproductores de MP3, cámaras de fotos y video. Este sistema ofrecerá todos los beneficios que actualmente ofrece el USB 2.0, pero sin cables. Ya cuenta con la aprobación de IEEE de Estados Unidos y con la certificación de normas ISO. En ese país, el grupo industrial Multiband OFDM Alliance, formado por más de cincuenta empresas del sector, entre las que se incluye Samsung, Matsushita Electric y Nokia ya se encuentran trabajando en la aplicación del sistema en sus dispositivos. De hecho, para este mismo año se prevé el lanzamiento del primer dispositivo que contará con UltraWideBand, otro de los nombres con el cual se lo denomina. Por su parte, Bluetooth, WiFi, teléfonos inalámbricos y demás dispositivos inalámbricos están limitados a frecuencias sin licencia en los rangos del orden de los 900 MHz, 2.4 GHz y 5.1 GHz; UWB hace uso de un espectro de frecuencia recientemente legalizado. Esto permitirá que a través de una frecuencia universal, cualquier equipo configurado en forma adecuada pueda enviar y recibir datos en cualquier parte del mundo, a diferencia de otros sistemas donde la frecuencia es distinta dependiendo de la ubicación.

e-SATA

Estandarizado a mediados de 2004, pasó mucho tiempo hasta que los fabricantes de hardware incluyeran el estándar e-SATA (o external Serial-ATA) en sus productos. No se trata de una interfaz de conexión de discos más, se trata de la primera interfaz exclusiva para discos duros en versión externa. Cada vez más motherboards incorporan entre sus puertos, uno o más de este tipo.
Con respecto a las características técnicas, el e-SATA es muy similar al Serial-ATA interno. Sólo varían los valores de voltaje para los canales de envío y recepción de datos y el formato de los conectores externos.
La longitud máxima de los cables externos para este bus es de dos metros y sólo se puede conectar un dispositivo por puerto (disco duro o grabadora de DVD). Aunque utilizando un hub serial-ata, el número de dispositivos conectados puede ascender hasta los quince.
La ventaja que trae este bus modificado es la de poder conectar fácilmente unidades de disco de gran capacidad si necesidad de abrir el chasis de la PC. Como desventaja, este bus no posee alimentación para las unidades -como el bus FireWire-, y es necesario utilizar un transformador externo.

Memoria DDR2 y DDR3

Son módulos de memoria basados en el mismo concepto que las memorias DDR: manejar el doble de información por cada ciclo de reloj. No incorporan un gran cambio o revolución con respecto a la DDR original (como sí lo es el salto de la arquitectura de memoria SIMM a DIMM o DIMM a DDR), salvo por los incrementos de frecuencia de trabajo, reducción de consumo de energía (de 2,5 volts en DDR a 1,8 v en DDR2 a 1,5 v del DDR3) y costos de fabricación. Tampoco son compatibles entre sí ni los módulos DDR, ni los DDR2, ni los DDR3: todos ellos poseen pequeñas muescas, distinta tensión de trabajo o diferente cantidad de contactos que los hacen incompatibles.
La memoria DDR2 parte en una frecuencia de operación de 533 MHz, pasando por los 667 y 800, llegando a los 1066. En cambio, los módulos DDR3 parten en 800 y llegan (hasta ahora) a los 1600 MHz, pasando por pasos intermedios de 1066 y 1333.
Actualmente, las memorias más usadas y, por lo tanto, las más vendidas son las DDR2, empleadas en la mayoría de los motherboards para procesadores de AMD como de Intel. Su escaso costo hace que los usuarios incrementen la cantidad de memoria disponible en sus equipos. No así en el caso de la “recién llegada” memoria DDR3, cuyos costos deberían ser incluso menores, pero al haber todavía poca demanda los precios no se ajustan a la realidad. A grandes rasgos, hoy por hoy un módulo DDR3 1333 cuesta el triple que uno DDR2 1066.

Dual Channel

Se trata de una tecnología que permite un incremento de rendimiento gracias al acceso simultáneo a dos módulos distintos de memoria. Esto se consigue mediante un segundo controlador de memoria ubicado en el Northbridge del chipset, actualmente la mayoría de los motherboards soportan Dual Channel.
Las mejoras de rendimiento son particularmente perceptibles cuando se trabaja con placas de video integradas en el motherboard ya que estas, al no contar con memoria propia, usan la memoria RAM principal del sistema y, gracias a Dual Channel, pueden acceder a un módulo mientras el sistema accede al otro.
Para que la computadora pueda funcionar en modo Dual Channel, deben tenerse dos módulos idénticos de memoria en los zócalos correspondientes y el chipset del motherboard soportar esa tecnología.

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