Factores de forma de las CPUs: Nuevos formatos de consumo y para el mercado industrial

En informática, el factor de forma es la especificación de una placa base que determina: las dimensiones, el tipo de fuente de alimentación, la ubicación de los orificios de montaje, el número de puertos en el panel posterior, etc…

En la industria compatible con el “PC de IBM”, los factores de forma estándar aseguran que las piezas sean intercambiables entre los diferentes fabricantes competidores y las diferentes tecnologías, mientras que, por ejemplo, en la informática de servidores para empresas, los factores de forma lo que aseguran es que los diferentes módulos encajen en sistemas de montaje RACK ya preinstalados.

Tradicionalmente, la especificación más significativa para la placa base es la que hace referencia al tamaño, e históricamente se han ido desarrollando e implantando diferentes factores de forma con una tendencia a la reducción del tamaño.

Visión General de los formatos de forma

Aunque puede ser obvio, la función de la placa base de un PC es ser el circuito principal dentro de un ordenador de sobremesa, portátil, embebido o servidor. Con unas funciones tales como:

Servir como columna vertebral a la que se conectan todas las demás partes modulares, como la CPU, RAM y discos duros, según se requiera para configurar el ordenador.
Ser intercambiable (en la mayoría de los casos) con diferentes componentes con fines de personalización y actualización, tales como la CPU o tarjetas de expansión.
Distribuir energía a otras placas.
Coordinar e interconectar el funcionamiento de los componentes.

A medida que se han ido desarrollando nuevas generaciones de componentes (CPUs, RAM, BUSES de comunicación, etc.), las características de las placas base también han cambiado y han influido en el diseño de la placa base. Un ejemplo fue la introducción del bus AGP para cubrir el requerimiento de las primeras tarjetas gráficas, y posteriormente, siguió con el BUS PCI Express.

Sin embargo, el tamaño estandarizado de placa CPU y su diseño también han sufrido cambios pero a un ritmo mucho más lento que el de los propios componentes (CPUs, RAM, BUS, etc.). Un ejemplo de ello es Northbridge de las placas CPU, que ha sufrido evoluciones reiteradas debido a los fabricantes y su constante evolución tecnológica aunque en términos de los estándares de factor de forma, las disposición en placa del Northbridge se ha mantenido bastante estático durante muchos años (cambio de componente rápido vs cambio físico duradero).

Aunque es un proceso más lento, los factores de forma evolucionan regularmente en respuesta a las demandas de cambios. El estándar de IBM original, AT (Advanced Technology), fue reemplazado en 1995 por el actual estándar de la industria ATX (Advanced Technology Extended), que todavía establece el tamaño y diseño de placa base en la gran mayoría de PCs modernos. La última norma ATX fue lanzada en 2007 y anteriormente, en 2001 el fabricante VIA sacó al mercado un estándar divergente llamado EPIA, o finalmente más conocido como ITX, que se basaba en factores de forma más pequeños y estándares propios.

Las diferencias entre los factores de forma son más evidentes cuando los analizamos en términos del sector de mercado al cual van orientados, donde principalmente interviene la variación del tamaño, compromisos de diseño y características típicas. La mayoría de los ordenadores modernos tienen requisitos muy similares, por lo que las diferencias de factor de forma tienden a basarse en subconjuntos y super-conjuntos de éstos. Por ejemplo: un ordenador de escritorio puede requerir de más sockets de expansión para disponer de una flexibilidad máxima, el máximo de conectores opcionales y la opción de características extras. Mientras que un ordenador que se va a utilizar como sistema multimedia, puede requerir estar optimizado para la disipación de calor en el menor tamaño posible. Las placas base de formato pequeño pueden sacrificar la flexibilidad en favor de una elección fija con los requerimientos mínimos necesarios.

Factores de forma del mercado de consumo

Formato ATX

Con actualización del estándar AT al estándar ATX, se llevaron a cabo algunos cambios importantes en el diseño de conectores de la placa base. Las torres de ordenador de tipo AT tenían solamente un conector para teclado y bahías de expansión para tarjetas. Cualquier otra interfaz incorporada en la placa base (como los puertos serie, paralelo, vídeo integrado, USB, etc.) tenían que conectarse a través de latiguillos que debían ubicarse en las bahías de expansión de la torre o en paneles metálicos provistos por la torre. El estándar ATX permitió que cada fabricante de tarjetas madre, ubicara estos puertos en un panel rectangular en la parte trasera del sistema con una configuración más o menos estandarizada, a través de un número general de patrones dependiendo de los puertos que disponía la placa base. Este panel puede retirarse, y en su lugar se instala -por lo general- un panel insertable, también conocido como placa I/O o panel I/O, con una configuración de troqueles específico para cada placa base, y que puede intercambiarse cuando se hace un cambio de placa base.

El estándar ATX también adoptó el conector PS/2 tanto para el interfaz del teclado como el ratón. Los sistemas AT, utilizaban un sistema de conector DIN de 5 pines para el teclado, y se empleaba una conexión serie para el ratón. Muchas placas base actuales ya están desechando el uso de conectores PS/2 para teclado y ratón en favor del conector USB. Otros conectores heredados de tecnologías antiguas, como los conectores de puerto paralelo de 25 pines y los puertos serie (por lo general DB-9 de 9 pines) también están siendo sustituidos en favor de puertos más modernos, como FireWire, eSATA, DVI/HDMI/DisplayPort, audio SPDF, Thunderbolt, terminales de red inalámbrica y puertos USB adicionales, entre otros.

Formato ITX

ITX (Information Technology eXtended) es un factor de forma para placas base pequeñas del fabricante VIA Technologies que se introdujo por primera vez en noviembre del 2001 con el formato Mini-ITX. Las versiones posteriores de ITX incluyen el Nano-ITX lanzado en Marzo del 2003, el Mobile-ITX lanzado en Marzo del 2004 y el Pico-ITX lanzado en Abril del 2007. Con una configuración típica de placas base compactas, las solemos encontrar en aplicaciones Low-Cost de equipos embarcados en vehículos, dispositivos de red, equipos embebidos y otro tipo de ordenadores compactos. En la siguiente imagen podemos ver una comparación entre los diferentes modelos factores de forma ITX de VIA.

Factores de forma del mercado Industrial

Los factores de forma procedentes del mercado industrial respondían a una solicitud del mercado donde formatos como los actuales Mini-ITX, Nano-ITX, Pico-ITX, no existían, por lo que surgieron formatos basados en tamaños reducidos como 5.25″ y 3.5″, o bien formatos que buscaban una estandarización en fabricantes como el PC/104.

Más adelante siguiendo los pasos del estándar PC/104 para industria, se presentó al mercado el factor forma EPIC, siendo un estándar enfocado a industria y siguiendo una norma que formatos como el 3.5″ o 5.25″ no habían seguido e incluso no estaban ni considerados factores de forma “oficiales”, aunque si existentes en todos los fabricantes de CPUs industriales.

También para aquellos mercados en los que se requerían de sistemas con posibilidad de expansión, surgieron los factores de forma PICMG, que consistían en placas CPU “pinchables” para conectar a los denominados Backplanes o Buses pasivos.