Что такое видеокарта vrm
Обновлено: 21.11.2024
Преобразование энергии, будь то переменный ток в переменный, переменный в постоянный или постоянный в постоянный, имеет основополагающее значение для современной жизни. Без преобразования энергии мы, вероятно, застряли бы с генераторами Ван дер Граафа для питания нашей электроники. Когда дело доходит до компьютеров, особенно процессоров, требуется сверхстабильное преобразование мощности постоянного тока в постоянный. Компьютерная индустрия взвесила затраты и преимущества различных преобразователей постоянного тока и в конечном итоге остановилась на модулях регулятора напряжения (VRM), чтобы обеспечить стабильное питание постоянного тока для ЦП.
Так что же такое VRM? Существует много способов преобразования между уровнями постоянного напряжения, и VRM делает именно это. VRM, по сути, является навороченным понижающим преобразователем и работает по тому же принципу. Однако VRM для высокопроизводительных компьютеров, особенно для разогнанных игровых компьютеров, как правило, используют компоненты, которых обычно нет в стандартной схеме регулятора напряжения или ИС.
Что такое VRM и как оно работает?
VRM преобразует выходное напряжение 12 В от блока питания компьютера в более низкое напряжение (от 1,1 В до 3,3 В) для использования процессором или графическим процессором. Этот импульсный регулятор выполнен в виде понижающего преобразователя и имеет довольно простую компоновку, хотя в VRM используются компоненты, отличные от обычных импульсных стабилизаторов. Точно так же, как повышающе-понижающий преобразователь или прямоходовой преобразователь, VRM использует ШИМ для обеспечения переключения полевых МОП-транзисторов, что обеспечивает желаемое регулирование. Затем можно установить выходное напряжение и ток, выбрав соответствующий рабочий цикл и частоту.
Если VRM — это, по сути, понижающий преобразователь, то почему бы просто не использовать обычную микросхему импульсного стабилизатора для регулирования напряжения в CPU/GPU? Электроника в процессоре уже работает при низком постоянном напряжении, но она также имеет очень тонкий запас по шуму по сравнению с микросхемами, работающими при более высоком напряжении. Очень низкий запас по шуму требует очень стабильного регулирования напряжения. Компоненты, используемые в VRM, обеспечивают более точное и стабильное регулирование напряжения, чем обычный понижающий преобразователь.
VRM бывают двух видов: одноступенчатые и многоступенчатые (иногда называемые многофазными VRM). Принципиальная схема типичного одноступенчатого VRM показана ниже. МОП-транзистор нижнего плеча и дроссель обеспечивают обратную связь для регулирования, а напряжение, воспринимаемое процессором, стабилизируется конденсатором. Многокаскадный VRM распределяет МОП-транзисторы и катушки индуктивности по нескольким каскадам параллельно с низким рабочим циклом (обычно ~ 10%, хотя это зависит от количества каскадов).
Схемы одноступенчатых и многоступенчатых VRM
Зачем использовать многоступенчатый VRM?
Современные компьютеры используют многоступенчатую VRM, обычно состоящую из 3 или более фаз. Поскольку полевые МОП-транзисторы соединены каскадом, они естественным образом переключаются с некоторой задержкой, равной времени включения ШИМ-сигнала. Это приводит к последовательному переключению ступеней. Преимущество использования нескольких каскадов заключается в том, что тепло, выделяемое полевыми МОП-транзисторами, распределяется по большей площади, хотя это увеличивает стоимость одной платы. Однако это важный аспект современных высокопроизводительных вычислений, поскольку регулирование температуры может быть серьезной проблемой для графических процессоров, особенно с разогнанными процессорами.
Выходное напряжение от VRM будет демпфировано и будет медленно падать, как и в случае с любой цепью RLC. Это должно проиллюстрировать другое преимущество использования многокаскадного стабилизатора напряжения: выходное напряжение представляет собой, по существу, затухающую переходную характеристику, и у переходного напряжения будет меньше времени для спада при более частом переключении. Обратите внимание, что минимальный рабочий цикл — это просто частота переключения, умноженная на минимальное время включения для ШИМ-сигнала.
Использование нескольких каскадов позволяет снизить частоту ШИМ в каждом МОП-транзисторе, при этом выходное напряжение будет скомпенсировано за счет переключения в каждом каскаде. Это приводит к тому, что любой спад выходного напряжения будет меньше, чем в одноступенчатом VRM или типичном импульсном стабилизаторе, который использует более длительный рабочий цикл с заданной постоянной времени. Это показано на рисунке ниже.
Выходное напряжение трехступенчатого и одноступенчатого VRM. Обратите внимание, что выходные данные для обоих VRM имеют одинаковую постоянную времени, но многоступенчатый VRM имеет разброс ~1 %, а одноступенчатый VRM — почти 10 %.
Компоненты в VRM
Системы VRM можно использовать для других приложений, а не только для процессора или графического процессора. Катушка индуктивности, показанная на приведенной выше диаграмме, при использовании в процессоре или графическом процессоре не является катушкой индуктивности, а на самом деле представляет собой дроссель из суперферрита. Эти дроссели важны для устранения шума переключения полевых МОП-транзисторов в каждом каскаде. Дроссель из суперферрита имеет меньшую паразитную емкость, чем индуктор, и по существу функционирует как параллельная цепь RLC. Низкая паразитная емкость обеспечивает более высокое демпфирование переходной характеристики на выходе. Поскольку полевые МОП-транзисторы потребляют ток и выделяют тепло, полевые МОП-транзисторы должны иметь ребристый радиатор, если позволяет пространство.
Конденсаторы, показанные на принципиальной схеме модуля VRM, следует выбирать таким образом, чтобы их частота собственного резонанса была больше, чем частота переключения ШИМ (т. е. они вели себя как идеальные конденсаторы), чтобы обеспечить низкоимпедансный путь к заземление для любого высокочастотного шума. Обратите внимание, что комбинация нагрузки, выходного конденсатора и ферритовых дросселей образует сложную цепь RLC. Конденсатор и ферритовые дроссели следует выбирать таким образом, чтобы переходная характеристика в эквивалентной RLC-цепи демпфировалась, что обеспечивает более стабильный выходной сигнал VRM.
ЦП с многоступенчатым VRM
Независимо от того, какой тип системы кондиционирования и регулирования электропитания вы создаете, вы можете спроектировать и проверить VRM и многие другие схемы с помощью OrCAD PSpice Designer от Cadence. Этот уникальный пакет специально адаптирован для сложных конструкций печатных плат, и вы можете создавать модели для имитации и анализа поведения самых сложных схем.
Если вы хотите узнать больше о решениях, которые предлагает Cadence, поговорите с нами и нашей командой экспертов.
Об авторе
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Следуйте на Linkedin Посетите веб-сайт Больше контента от Cadence PCB SolutionsПредыдущая статья
Чтобы обеспечить наилучшую производительность ваших аналоговых схем, вот несколько советов по компоновке, которые помогут вашим типам аналоговых цепей.
Следующая статья
Существует множество приложений, в которых желательна уникальная форма аналогового сигнала. Вот как вы можете сгенерировать и.
VRM означает модуль регулятора напряжения. Некоторые современные процессоры и графические процессоры (также известные как графические карты) используют VRM для управления и снижения напряжения (V), подаваемого на эти компоненты, чтобы избежать превышения их максимального напряжения. VRM особенно важны для разгона процессора или графического процессора. Теоретически VRM должны означать, что мощность, подаваемая на компонент, постоянна и стабильна. VRM – это понижающие соединители, то есть преобразователи постоянного тока в постоянный.
Как ЦП использует VRM?
CPU VRM гарантируют, что ПК поддерживает требования к напряжению ЦП (В). Питание от блока питания сначала поступает в VRM, где оно регулируется, чтобы оставаться ниже максимального напряжения ЦП перед отправкой. Большинство современных процессоров потребляют менее 1,5 В.
ЦП может использовать VRM, прикрепленные к материнской плате (иногда с помощью пайки), как показано на фотографии выше, но некоторые ЦП оснащены компонентами регулирования напряжения, поэтому для них не требуются VRM на материнской плате.
Как GPU использует VRM?
Современные графические процессоры, такие как Radeon RX 590 или GeForce GTX 1080 Ti (на фото выше), могут иметь высокие требования к мощности и току, а также использовать VRM. Такие VRM очень сильно нагреваются при выполнении своей работы, поэтому иногда им требуются радиаторы. VRM GPU работают так же, как VRM CPU; мощность передается от блока питания к VRM и регулируется таким образом, чтобы не превышать максимальное напряжение графического процессора перед отправкой на графический процессор.
Обратите внимание, что VRM, которые слишком малы для своего GPU, могут выйти из строя, если ток, который VRM отправляет на GPU, слишком высок для него.
Шарон Хардинг особенно любит игровые периферийные устройства (особенно мониторы), ноутбуки и виртуальную реальность. Ранее она освещала бизнес-технологии, в том числе оборудование, программное обеспечение, кибербезопасность, облачные технологии и другие ИТ-события, в Channelnomics, с авторами в CRN UK.
Получите мгновенный доступ к последним новостям, подробным обзорам и полезным советам.
Благодарим вас за регистрацию в Tom's Hardware. Вскоре вы получите электронное письмо с подтверждением.
Возникла проблема. Обновите страницу и повторите попытку.
Отправляя свою информацию, вы соглашаетесь с Условиями использования и Политикой конфиденциальности и вам исполнилось 16 лет.
VRM означает модулятор регулирования напряжения. Это гарантирует, что ваш GPU (или CPU) получит необходимую мощность при постоянном напряжении.Низкокачественный VRM может вызвать множество проблем, включая остановку под нагрузкой, плохие возможности разгона и даже сократить жизненный цикл вашего процессора.
Как работают VRM
Современный блок питания подает питание 12 В на материнскую плату и видеокарту. Однако процессоры и графические процессоры чувствительны и не могут выдержать такое напряжение. Вот тут-то и появляется VRM. Он понижает входящий 12-вольтовый источник питания до 1,1 вольт и отправляет его на ядро ЦП или графического процессора и в память. Как это происходит, интересно:
Конечные возможности VRM определяются контроллером PWN (широтно-импульсный модулятор). В основном это определяет, сколько истинных фаз вы можете реализовать в VRM без использования удвоителей. ШИМ-контроллер подключен к драйверу, который, в свою очередь, подключается к двум входам MOSFET: Low-FET и High-FET. Первый подключен к земле, а второй на самом деле проводит питание к катушкам индуктивности.
МОП-транзистор подключается к катушке индуктивности, которая накапливает энергию в виде магнитного поля. Здесь важно отметить, что в то время как МОП-транзисторы имеют дело с пульсирующей мощностью (обычно 300 кГц), катушки индуктивности выдают частоту сети (60 Гц). Они способны брать пульсирующий ток и объединять его в единый, работающий на стандартной частоте 60 Гц.
Как вы, возможно, уже читали, одновременно активна только одна фаза. Это когда High-FET этой фазы передает ток на катушку индуктивности. Вторая фаза вступает во владение, и включается Low-FET первого (который подключен к земле). Частота здесь относится к скорости, с которой различные фазы переключаются между собой. Большинство современных ШИМ имеют частоту переключения 300 кГц, что составляет около 300 тысяч раз в секунду. Итак, да, именно так быстро распределяется мощность между различными фазами VRM.
Наконец, у вас есть конденсаторы, которые сохраняют ток, полученный от катушек индуктивности, в виде электрического поля и подают его на ЦП по мере необходимости. Они также подключены к земле, чтобы избавиться от любого избыточного тока. Конденсаторы в основном присутствуют для сглаживания любых пульсаций и всплесков, которые могут возникнуть из-за частоты пульсаций или просто из-за характера переключения МОП-транзисторов. Они также регулируют мощность, подаваемую на ЦП, в соответствии с потребностями, сохраняя соответствующие количества и избавляясь от избытка через заземление.
Изображение выше относится к PowerColor Radeon RX 5700 XT Red Devil. Часть, выделенная белым прямоугольником, — это VRM ядра графического процессора, а два черных прямоугольника показывают VRM памяти. Красные — катушки индуктивности (дроссели), зеленые — МОП-транзисторы, а синие — конденсаторы. Каждый VRM будет состоять из этих трех компонентов, независимо от материнской платы или видеокарты. Есть еще два набора VRM, один ниже основного VRM и один слева от графического процессора. Это перила SoC и VDDI (контроллер напряжения памяти).
Многофазные VRM и удвоители
Большинство современных графических и центральных процессоров используют многофазные VRM. Они более эффективны и надежны, чем однофазные VRM. Они функционируют, распределяя подаваемую мощность между собой, уменьшая нагрузку на отдельные компоненты, а также выделяемое тепло.
Различные фазы VRM по очереди подают питание на ЦП/ГП, каждая из которых обеспечивает небольшую часть необходимого количества. Это не только улучшает рассеивание тепла и эффективность, но и помогает безопасно питать процессоры с более высоким TDP.
Другое важное преимущество многофазной видеопамяти заключается в том, что она помогает уменьшить пульсации тока. Пульсирующий ток в основном является остаточным током, поскольку переменный ток преобразуется в постоянный (переменный шум). Чем ниже частота пульсаций, тем лучше. Использование нескольких фаз значительно уменьшает это:
Конечная частота пульсаций = 1/n * начальный ток пульсаций (n = количество фаз)
Системы VRM обычно называются 6+1 или 8+2. Это означает, что шесть или восемь фаз предназначены для питания ядра CPU/GPU, а одна или две — для памяти. В некоторых случаях у вас будут материнские платы или видеокарты с 12 или более фазами. В основном это просто шестифазные VRM, использующие удвоители, чтобы фактически «удвоить» емкость.
Удвоители VRM вставляются вместо драйверов, прямо перед MOFSET. Они распределяют мощность между двумя полосами MOSFET и дросселями, доступными для каждого удвоителя, тем самым удваивая фазу. Это позволяет использовать контроллеры PWN с поддержкой до 6 фаз VRM в 12-фазных конструкциях VRM с удвоителями.
Несмотря на то, что они лучше обычных шестифазных модулей, они не так эффективны, как настоящие восьмифазные или 10-фазные VRM. Во-первых, частота пульсаций не такая низкая, как в настоящем многофазном VRM, а частота коммутации также уменьшена вдвое, как показано на диаграмме выше. Скорость, с которой две удвоенные фазы переключаются между собой, вдвое меньше, чем у истинной фазы, вызывая задержку, которая влияет на общую эффективность VRM.
Удвоители обычно применяются для снижения затрат и повышения ценности продукта. Вот пример:
Посмотрите на обратную сторону печатной платы. Красные стрелки указывают на удвоители. Их пять. Каждый разделяет (или уравновешивает) мощность между двумя фазами, к которым они подключены, и позволяет использовать ШИМ-контроллер 4+1 фазы как 8+2 фазы.
Опять же, 5-фазный VRM, удвоенный до 10, менее эффективен, чем исходный 7-фазный или восьмифазный VRM. Причина, как уже объяснялось, заключается в том, что удвоители вызывают небольшую задержку сигналов ШИМ. Несмотря на это, 10-фазный (удвоенный) VRM по-прежнему лучше, чем 5-фазный, и является дешевым приемом, обеспечивающим более высокое энергопотребление.
В следующем месяце мы рассмотрим цифровые и аналоговые VRM, а также преимущества и недостатки каждого типа.
Сегодня небольшая статья о VRM. Я написал его несколько месяцев назад в связи с проблемами разгона Radeon HD 5970 (см. ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ) с помощью FurMark.
Эти проблемы с разгоном имеют общий источник: VRM. По сути, VRM — это блоки питания. Концепция таких устройств представляет собой сложную работу (стабильность напряжения и тока, размер радиаторов, OCP (защита от перегрузки по току) и т. д.), и иногда некоторые детали могут быть недостаточно габаритными. Недостаточный размер VRM может привести к неисправности карты, когда ток, который VRM должны выдавать, слишком высок (из-за высокой нагрузки на GPU). Последние карты, такие как серия Radeon HD 5000, поставляются с расширенным управлением OCP (графический процессор регулируется, чтобы уменьшить ток, который должен выдавать VRM, см. ЗДЕСЬ), но на других картах перегрузка по току может привести к перезагрузке системы (возможно, из-за к ригу PSU OCP тоже) или вообще убить карту (см. ЗДЕСЬ — в таком случае OCP вообще не работал…). В этой статье я попытаюсь объяснить основные понятия о VRM и о том, где они расположены на PCB (печатной плате) HD 5970.
Эти принципы более или менее одинаковы для всех видеокарт (компоненты могут быть разными, но выполнять одну и ту же функцию).
Как обычно, если у вас есть дополнительная информация и ресурсы или если вы обнаружите какие-то ошибки, просто оставьте комментарий.
2 – VRM: теория
Модуль регулятора напряжения или VRM — это устройство, которое выполняет преобразование постоянного тока в постоянный (постоянный ток = постоянный ток). Это преобразование является фундаментальным, потому что многие чипы, такие как GPU в нашем случае, работают не при 12 В или 5 В, а при более низких напряжениях, таких как 1 В. Затем требуются устройства для снижения напряжения, и эти устройства являются знаменитыми VRM. Итак, VRM — это преобразователь постоянного тока в постоянный. Другая цель VRM — обеспечить постоянное выходное напряжение постоянного тока, а также подавать большой ток (ампер) на графический процессор.
Система VRM также называется понижающим преобразователем.
Вот базовая схема VRM:
SW1 представляет собой транзистор, который коммутирует входное напряжение, L1 представляет собой катушку индуктивности, которая накапливает и отдает энергию в конденсатор Cout, позволяющий сгладить сигнал напряжения. SW2 — это транзистор свободного хода, который закрывается, когда SW1 открыт. В понижающих преобразователях малой мощности вместо транзистора используется диод.
VRM можно разделить на три части: логическое устройство, силовое устройство и фильтрующее устройство.
Логическое устройство, также называемое контроллером напряжения, управляет силовым устройством, чтобы подавать на графический процессор правильное напряжение и ток. Контроллер напряжения — это мозг VRM.
Устройство питания представляет собой мышцы VRM и предназначено для питания полевого МОП-транзистора (металло-оксидно-полупроводникового полевого транзистора).МОП-транзистор — это силовой переключающий элемент, который является одним из наиболее распространенных типов транзисторов в электронике.
Фильтрующее устройство позволяет сгладить выходной ток полевого МОП-транзистора и состоит из катушек индуктивности и конденсаторов.
Фаза состоит из силового устройства и фильтрующего устройства. Фаза позволяет упростить описание VRM: VRM состоит из регулятора напряжения и нескольких фаз.
На следующих изображениях показан VRM Asus EAH 5830 DirectCU:
Печатная плата Asus EAH 5830 DirectCU с фазами VRM и контроллером напряжения (VC) — источник
Печатная плата Asus EAH 5830 DirectCU — детали VRM
Asus EAH 5830 DirectCU — детали контроллера напряжения
Почему VRM состоит из нескольких этапов?
Потому что современным графическим процессорам требуется большой ток: до 80 А для некоторых графических процессоров. Да, уважаемые читатели, 80 ампер! Такой большой ток может обеспечить только VRM с несколькими фазами. Такой тип VRM называется многофазным VRM или многофазным преобразователем. Многофазность может быть заменена n-фазой.
На самом деле все современные видеокарты поставляются с многофазным VRM.
В многофазном VRM каждый полевой МОП-транзистор (на самом деле их два на фазу) управляется ШИМ-сигналом, генерируемым контроллером напряжения. Командный сигнал ШИМ управляет открытием и закрытием этих мощных МОП-транзисторов.
Выход n-фазного VRM представляет собой сумму всех фаз.
ШИМ означает широтно-импульсную модуляцию и представляет собой просто сигнал с прямоугольным импульсом, ширина которого может варьироваться.
На следующем изображении показаны сигналы ШИМ для 4-фазного VRM:
4-фазный VRM — сигналы ШИМ
Принцип ШИМ довольно прост: природа не терпит резких вариаций (напряжения, скорости, какой угодно величины) и предпочитает плавные. Просто поместите прямоугольную импульсную волну (напряжение), ширина импульса которой модулируется, в фильтрующее устройство, допускающее только плавное изменение сигнала, и результатом будет среднее значение формы волны. И это среднее значение связано с шириной импульса.
В n-фазном VRM каждая пара полевых МОП-транзисторов обеспечивает только 1/n от общей выходной мощности, что позволяет использовать МОП-транзистор и катушки индуктивности меньшего размера. Более того, рассеиваемая мощность распределяется по всем полевым МОП-транзисторам, что позволяет избежать уникальной точки перегрева, которая существует в однофазном VRM.
Существует два типа генераторов ШИМ: аналоговые и цифровые. Короче говоря, аналоговые ШИМ-генераторы используют простые электронные компоненты (непрерывный генератор сигналов, компаратор и т. д.) для генерации ШИМ-сигнала.
Цифровые ШИМ-генераторы основаны на микроконтроллере и предлагают возможности программирования.
Таким образом, мощность, которую может обеспечить VRM, пропорциональна количеству фаз. Компания MSI поняла этот простой принцип и оснастила свою высокопроизводительную видеокарту Radeon HD 5870 Lightning 15-фазным VRM (12 фаз для графического процессора и 3 для памяти)!
Устройство фильтрации в каждой фазе на самом деле является способом хранения (когда МОП-транзисторы закрыты) и передачи (когда МОП-транзисторы открыты) энергии, необходимой для графического процессора. Существует два основных типа VRM:
– VRM на основе индуктора
– VRM на основе конденсатора
VRM на основе конденсаторов подходят для ручных устройств (малой мощности), а VRM на основе индуктора подходят для работы с высоким током при низком напряжении. В этом случае индукторы называются сильноточными индукторами. Эти сильноточные катушки индуктивности имеют низкую индуктивность (обычно 2,0 мкГн и ниже) и большой номинальный ток (от 15 А до 100 А).
Дроссель — это общее название мощного индуктора, используемого в фильтрующем элементе.
Имейте в виду, что GPU работает с очень низким напряжением и сильным током сигнала (ток на фазу может достигать 20 А и более). В этой ситуации индуктор действует как резервуар для тока, избегая резких колебаний тока (дроссели индуктора - это пассивные компоненты, которые предназначены для сопротивления изменениям тока). Индуктор хранит энергию в виде магнитного поля. Этот фильтр можно также рассматривать как фильтр нижних частот для тока.
3 — VRM: Radeon HD 5970
Radeon HD 5970 VRM — нажмите, чтобы увеличить
Radeon HD 5970 — это видеокарта с двумя графическими процессорами, и два VRM используются для питания обоих графических процессоров.
Вот схема HD 5970 VRM:
Контроллер напряжения HD 5970 представляет собой Volterra VT1165MF. Этот компонент позволяет регулировать напряжение GPU до 2,0 В (и теоретически возможна регулировка напряжения каждого GPU отдельно…). Напряжение по умолчанию 1В. HD 5970 совместим с программным модом: напряжение можно изменить с помощью программного обеспечения.
VT1165MF управляет тремя мощными полевыми МОП-транзисторами с помощью ШИМ-сигнала. Каждый силовой МОП-транзистор изготовлен на основе Volterra VT1157SF. На HD 5970 каждый GPU питается от трехфазного VRM.
Каждому графическому процессору Radeon HD 5970 требуется меньше энергии, чем графическому процессору Radeon HD 5870. Вот почему на Radeon HD 5970 имеется только 3 фазы для питания каждого графического процессора (vGPU для напряжения графического процессора), а на Radeon HD 5970 — 4 фазы. Radeon HD 5870:
Radeon HD 5870 и 4-фазный VRM (источник)
AMD зарезервировала место, чтобы добавить еще одну фазу на HD 5970. Высокопроизводительные карты на базе Cypress, такие как Asus Ares (настоящая двойная HD5870), нуждаются в 4-фазных VRM на каждый GPU.
Эти компоненты питания рассеивают много энергии, поэтому на современных высокопроизводительных видеокартах, таких как Radeon HD 5970 (или GTX 480), они оснащены радиаторами, такими как Radeon HD 5850:
Radeon HD 5850 с радиатором Thermalright VRM-R5 (источник)
VRM Radeon HD 5970 — это VRM на основе индуктора. Для этого типа VRM требуются внешние катушки индуктивности.
Эти внешние катушки индуктивности представляют собой 3-фазную силовую катушку Coiltronics CPLA-3-50 (которая была разработана исключительно для использования с устройствами Volterra). CPLA-3-50 — это 3-фазный малошумящий компонент (да, индуктор иногда может издавать жужжащий шум в зависимости от величины проходящего через него тока…), индуктивность каждой фазы составляет 50 нГн (нано-Генри). .
Если вы впервые обнаружите термин Генри, просто знайте, что Генри — это единство, позволяющее описать индуктор. Конденсатор описывается Фарадами, а резистор Омами. Резистор, конденсатор и катушка индуктивности являются тремя основными пассивными компонентами электроники. Любая электронная система может быть описана сочетанием этих трех компонентов.
Мы забыли упомянуть еще два полевых МОП-транзистора на печатной плате Radeon HD 5970:
Эти два полевых МОП-транзистора в сочетании с двухфазным импульсным током (CLP-2-50) и управляемые VT1165MF обеспечивают неядерный ввод-вывод графического процессора. Обе фазы используются обоими графическими процессорами.
МОП-транзисторы (VT1157SF) в видеокартах серии Radeon HD 5000 теперь аппаратно защищены выделенным чипом (в этом большая разница с предыдущим поколением HD 4000 — подробнее см. ЗДЕСЬ). Затем, если мощность, рассеиваемая полевыми МОП-транзисторами, превышает предел, микросхема защиты снижает мощность графической карты, чтобы вернуться в пределы. Недавние стресс-тесты FurMark с разогнанным HD 5970 (Legion Hardware или AnandTech) показали, что защита полностью работоспособна. Может быть, слишком много, но это уже другая история.
4 – VRM: GeForce GTX 480
GeForce GTX 480 имеет 6-фазный VRM для питания графического процессора и один этап для памяти. В отличие от Radeon HD 5970, GTX 480 не имеет стабилизаторов напряжения VT1165, а использует контроллер напряжения CHiL CHL 8266. CHiL CHL 8266 расположен на задней стороне печатной платы GTX 480. Графический процессор GF100 работает при фиксированном напряжении (0,990 или 0,995 В).
Плата GTX 480 спереди
Подробности о фазах VRM GTX 480 GPU (источник)
Подробности о фазах VRM GTX 480 GPU
Задняя плата GTX 480 с контроллером напряжения
Подробности контроллера напряжения GTX 480 (источник)
Каждая фаза VRM графического процессора GTX 480 состоит из трех полевых МОП-транзисторов, одного дросселя и одного конденсатора.
МОП-транзисторы – это небольшие электрические компоненты, которые вместе с другими компонентами составляют VRM. Мы только что запутали вас еще больше? Хорошо, давайте это исправим. VRM, или модуль регулятора напряжения, как следует из названия, — это часть, которая регулирует напряжение для наиболее важных компонентов, таких как процессоры и графические процессоры.
Все мы знаем, что ваш компьютер работает от классических блоков питания, и некоторые из вас, вероятно, знают, что они могут выдавать только три постоянных напряжения: 3,3 В, 5 В и 12 В. Важные компоненты компьютера, такие как ЦП и ГП, обычно имеют рабочее напряжение от 0,5 до 1,5 вольт. Таким образом, если процессору или графическому процессору требуется что-то около 1 В, вы можете увидеть проблему, с которой мы сталкиваемся, — более высокие напряжения необходимо преобразовать в более низкие.
Часть, выполняющая преобразование, называется преобразователем постоянного тока, и неудивительно, что она преобразует постоянный ток в другой постоянный ток. Чтобы быть более конкретным, более высокое напряжение необходимо преобразовать в более низкое значение, и интересующий нас преобразователь постоянного тока называется понижающим (понижающим) преобразователем.
Как всегда, мы будем кратки и прямолинейны в своем объяснении. Почти каждая материнская плата более высокого класса имеет удлиненный радиатор рядом с сокетом процессора. Это для охлаждения секции VRM или, точнее, для охлаждения самих полевых МОП-транзисторов, которые имеют тенденцию сильно нагреваться. Пиковая температура может варьироваться от 80 °C до 100 °C, а в случае высокопроизводительных графических карт температура может достигать 120 °C.
Зачем нам нужно охлаждать эти детали, какая от этого польза? МОП-транзисторы имеют коэффициент полезного действия и пропускают большие токи. Все электрические потери преобразуются в тепло, а тепло, выделяемое всем VRM, может быть почти напрямую связано с эффективностью используемых МОП-транзисторов. Эффективность МОП-транзистора всегда представлена кривой, которая зависит от количества пропущенного тока и, конечно же, от качества самого МОП-транзистора.
График эффективности полевого МОП-транзистора, используемого на материнской плате Gigabyte Z97X-SOC Force.
Высокая нагрузка на ЦП или ГП и разгон делают полевой МОП-транзистор в VRM горячим. Так что, если вы хотите работать в стабильной среде, иметь безопасный разгон или просто хотите продлить срок службы вашего оборудования, вам нужно держать этот VRM прохладным! VRM — это своего рода преобразователь постоянного тока в постоянный, который состоит из трех основных частей: логического блока, блока питания и секции фильтрации.
Пример 8-фазного VRM на материнской плате на базе X99.
Логический блок состоит из одной (реже более одной) микросхемы, которая называется контроллером напряжения, микросхемой ШИМ или широтно-импульсным модулятором. Роль микросхемы ШИМ заключается в управлении драйверами и удвоителями (если они есть). Драйверы и удвоители подключены к МОП-транзисторам, и все они являются частью блока питания. В последнем разделе VRM выполняется фильтрация и сглаживание напряжения. Происходит это через катушки индуктивности, которые в народе называют дросселями, и конденсаторы. Набор драйверов, МОП-транзисторов, дросселей и конденсаторов составляет фазу VRM. Качество материнской платы часто выражается количеством фаз VRM.
Схема 8-фазного VRM.
Это блок-схема VRM, которая имеет восемь истинных фаз, и пунктирная линия отмечает то, что должно быть одной отдельной фазой. Обычно, посчитав количество катушек индуктивности (дросселей), можно определить, сколько фаз имеет VRM.
Количество и тип конденсаторов не подчиняются никаким правилам и устанавливаются производителем. В некоторых высокопроизводительных решениях даже используются различные типы конденсаторов для фильтрации питания, подаваемого на ЦП.
МОП-транзисторы, или металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы, представляют собой крошечные переключатели. МОП-транзисторы управляются высокочастотным сигналом, поступающим от блока ШИМ. Короче говоря, МОП-транзисторы быстро включаются и выключаются, пропуская через себя большой ток короткими импульсами.Комбинируя эти импульсы в большем количестве фаз VRM, ток для CPU/GPU будет более плавным и стабильным. Ранее мы также говорили об эффективности MOSFET. Чем выше ток, тем горячее становится МОП-транзистор. Если он нагревается, это влияет на сопротивление полупроводника, эффективность падает, и отсюда возникает бесконечный цикл, который будет генерировать только больше тепла.
Конструкция полевых МОП-транзисторов VRM может различаться, но все они выполняют одну и ту же функцию, поэтому мы считаем, что нам нет необходимости углубляться и начинать объяснять некоторые передовые технологии электротехники. Важно знать, что преобразование напряжения начинается с полевого МОП-транзистора, и на него приходится самая большая рабочая нагрузка.
Заводское охлаждение этих компонентов может «справиться со своей задачей», но, как мы обсуждали в одной из наших предыдущих статей, водяное охлаждение более эффективно. Классическое воздушное охлаждение часто пытается охладить ключевые компоненты, но чаще всего оно просто рециркулирует горячий воздух внутри корпуса компьютера. С другой стороны, жидкостное охлаждение отводит тепло и рассеивает его через радиатор.
Чтобы обеспечить охлаждение полевых МОП-транзисторов, EK начала разрабатывать специальные моноблоки для материнских плат, в которых водяной блок ЦП и водяной блок МОП-транзисторов объединены в единое решение. Вы можете увидеть текущий выбор моноблоков EK здесь.
Моноблок EK-FB ASUS M8E для материнской платы ASUS MAXIMUS VIII Extreme.
Каждый водяной блок Full-Cover GPU производства EK также покрывает всю печатную плату видеокарты. Графический процессор, оперативная память, а также VRM (модуль регулирования напряжения) охлаждаются, поскольку вода течет непосредственно по этим критическим областям.
EK-FC1080 GTX с NVIDIA GeForce GTX 1080.
Забавно, что некоторые производители добиваются удаления оригинального воздухоохладителя, который неэффективен и часто выходит из строя. С другой стороны, замена стандартного кулера жидкостным охлаждением может продлить срок службы вашего оборудования.
Мы надеемся, что пролили свет на один из ключевых компонентов, обеспечивающих работу нашего драгоценного оборудования, а именно на VRM с полевыми МОП-транзисторами. До следующего раза, сохраняйте спокойствие!
Читайте также: