Что такое vrm

Что такое VRM на материнской плате? Рассказываем простыми и не очень словами

В этой статье вы узнаете все про VRM материнских плат ваших компьютеров. Она будет разделена на два раздела: для новичков в компьютерном железе и для продвинутых пользователей. В первом мы рассмотрим все основные пункты и примерно подскажем, сколько нужно фаз материнской плате. А во втором уже подробно рассмотрим саму работу VRM.

Раздел 1. Для новичков

Немного про VRM

VRM – модуль регулирования напряжения, в составе которого находятся MOSFET-транзисторы, дроссели, конденсаторы, драйверы и контроллер. Основной задачей модуля является обеспечение питания процессора и контроллера памяти. Простыми словами, VRM просто понижает 12-вольтовое напряжение, идущее от блока питания, на значение, которое необходимо процессору (например, 1.35 В).

Существует мнение, что чем больше MOSFET-транзисторов (далее – цепей питания), тем лучше. Но так происходит не всегда. Дело в том, что зачастую VRM делится на две части: CPU и остальные части материнской платы, такие как контроллер памяти и т.д. Из-за этого конфигурации могут быть различными.

Чем больше расположено цепей питания в зоне CPU, тем лучше. Если у вас на материнской плате, допустим, расположено 6+2, то это будет лучше, чем 4+4 при разгоне процессора. Также учтите, что первое число – количество цепей CPU, а второе – количество цепей остальных элементов.

Дело в том, что зона VRM при том же разгоне процессора начинает греться. Вспомним курс школьной физики и приведем небольшой пример, почему все же первое число в конфигурации VRM должно быть больше, чем второе.

У вас есть условный процессор, который вы решили разогнать. Когда вы повышаете его частоту, вам также надо увеличить напряжение для стабильности. При повышении напряжения соответственно растет и сила тока, вспомните формулу I=U/R. Когда растет сила тока, повышается и нагрузка на фазы питания, из-за чего они и начинают перегреваться. Больше фаз питания – меньше нагрев, из-за распределения между ними: сила тока на один MOSFET-транзистор уменьшается.

Количество цепей питания на другие элементы материнской платы в целом вообще не важны, так как их всегда хватает для рядового пользователя (даже при разгоне той же оперативной памяти), из-за этого большинство отдают предпочтение именно первому числу в конфигурации 6+2.

Производители материнских плат зачастую устанавливают «удвоители» фаз питания (рассматривается подробнее во втором разделе). Они попросту виртуальные, а делается это для увеличения пропускаемой силы тока через MOSFET, из-за чего снижается нагрев. Узнать фактическое количество фаз питания на материнской плате можно несколькими способами:

Также желательно выбирать материнские платы с охлаждением на цепях питания во избежание перегрева.

Сколько цепей питания надо?

Однозначно ответить на вопрос, на какую материнскую плату обращать внимание, мы не сможем, однако попробуем ответить на вопрос о количестве фаз. Мы подготовили таблицу. Рекомендуется не нагружать отдельную цепь током более 30 А, из этого выходит следующее:

Примечание:
при напряжении на процессор 1.3 В

Стоит все же отметить, что данная информация носит рекомендательный характер. Невозможно точно сказать без проверки по техническим документам, на какую силу тока можно нагружать MOSFET-транзисторы на конкретно вашей материнской плате.

Раздел 2. Информация для продвинутых пользователей

Итак, мы закончили с простыми объяснениями. Если у вас уже закипела голова, можете не продолжать читать, потому как далее пойдет физика, но, к счастью, с нашей инфографикой.

Приведем схему условной VRM для лучшего понимая дальнейшего текста:

PWM расшифровывается как Pulse-Width Modulation, что на русском обозначает Широтно-Импульсная Модуляция. PWM-контроллер или ШИМ-контроллер является координатором количества энергии, которая пройдет через фазы на процессор. Он управляет этим, изменяя ширину импульсов, которая зависит от количества энергии, требуемой процессору.

Тот самый даблер или квадрер. Но начнем мы не с них. Для начала разберемся в некоторых очень важных вещах:

Для лучшего понимания вышесказанного вернемся к той самой инфографике в начале:

Даблер может увеличивать количество цепей питания вдвое, при этом используя только одну фазу. Квадрер же – вчетверо. Однако зачастую устанавливаются в материнских платах именно даблеры.

Дело в том, что ШИМ-контроллер ограничен количеством каналов управления и управляет таким же количеством фаз. Для обхода его и используют. Зачем это нужно? Для того, чтобы увеличить силу тока, проходящую через VRM, без использования лучшего контроллера. Отметим, что при увеличении максимальной пропускной способности силы тока и неизменном потреблении питания процессора уменьшатся и температуры MOSFET-транзисторов.

Рассмотрим сначала блок-схему VRM без даблера:

Переходим к простому даблеру. Он формирует импульсы со сдвигом по времени, уменьшая их частоту на выходе.

На схеме VRM он устанавливается между самим ШИМ-контроллером и драйвером.

В заключении покажем блок-схему VRM с даблером:

Драйвер управляет двумя MOSFET-транзисторами: согласует сигналы с низким напряжением, поступающие с ШИМ-контроллера или удвоителя, с необходимыми напряжениями. Драйвер также устраняет промежуток между переключением транзисторов из открытого состояния в закрытое.

Иногда происходит такое, что один транзистор не до конца закрывается, а другой уже открывается. В такой ситуации через них протекает сквозной ток 12 В, из-за чего транзисторы начинают сильно нагреваться. Это тоже устраняет драйвер, создавая задержки между сигналами управления транзисторами.

MOSFET расшифровывается как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (полупроводниковый полевой транзистор на основе оксида металла). Это нечто иное, как обычный МОП-транзистор. Работа полевого транзистора кроется в том, что у него есть возможность управлять протекающим током с помощью электрического поля.

Сглаживающий фильтр включает в себя катушку индуктивности (L), которая подключается последовательно с нагрузкой, и конденсатор (C), который подключается параллельно.

Его предназначение кроется в преобразовании 12-вольтовых импульсов в постоянное низковольтное напряжение питания процессора.

Работа двух MOSFET-транзисторов и LC-фильтра

Работу двух транзисторов можно представить в двух тактах:

Далее цикл повторяется на определенной частоте, зачастую в мегагерцах (миллион раз в секунду и более)

Далее импульсы сглаживаются LC-фильтром, образуя почти прямую на графике:

Почему не прямая? Дело в том, что идеальных LC-фильтров не бывает, всегда будут присутствовать небольшие пульсации.

После этих действий все фазы объединяются в одну, вследствие чего пульсации уменьшаются:

Источник

Материнская плата устройство и принцип работы. Что такое VRM, сокет, чипсет, BIOS, немного про контроллеры и разъёмы

Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъёмы.

Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.

Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины.
(Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.)

Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов.

Но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.

Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объединены в один корпус.

Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.

Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.

Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.

Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.

Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.

Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.

На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты. (Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)

Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.

Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.

Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.

Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.

С помощью контактов на правой стороне происходит обмен данными. 8 контактов формируют одну линию PCI-E. 2 контакта используются на приём, два на передачу и 4 контакта земли. (Обмен сигналами производится с помощью дифференциальных сигналов по двум проводам, за один цикл передается 1 бит данных. При этом одновременно используется два сигнальных пина и два контакта земли.)

Скорость передачи данных через слот зависит от количества задействованных линий и версий PCIe. Их существует 5 версий и все они полностью совместимы. То есть при установке устройства с интерфейсом PCI Express 5.0 в плату с версией 4.0 устройство будет работать, но на скорости старой версии.

(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)

Так же, рядом с разъемами PCI Express, иногда устанавливают разъём PCI — он нужен для подключения старых плат расширения и сейчас практически не используется.

Ещё на плату устанавливают один или несколько разъёмов М. 2(NGFF). Этот разъём используется для подключения специальных SSD и карт расширения. Их бывает 2 типа, с «B» и «M» ключом.

Правее, находится главный элемент материнской платы, это чипсет. Именно от него зависит какой процессор и какой тип оперативной памяти можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро, и стабильно все они будут работать.

Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.

Северный мост обеспечивает работу самых быстрых узлов компьютера. Он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express. Именно он определяет какой тип памяти можно установить, её максимальный объём и в каких режимах она может работать. В некоторых случаях северный мост может содержать встроенный графический процессор.

(Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы

Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express.)

Южный мост обеспечивает работу медленных устройств: накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и многих других. Он управляет связью между медленными компонентами

Северный и южный мост это классическая схема, в современных системах функции северного моста переносят в центральный процессор, из-за чего уменьшаются задержки и увеличивается производительность всей системы.

Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.

Так же важна микросхема BIOS. BIOS — это базовая система ввода-вывода, программа записанная во флэш-память, которая отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату и большинства подключённых к ней устройств. Именно BIOS устанавливает базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, контроллера памяти, процессора.

(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)

Рядом находится 3х вольтовая батарейка, она питает схему часов и память CMOS. Без неё бы сбрасывалось системное время и параметры работы некоторых устройств.

(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)

На правом краю платы размещают SATA порты, они служат для подключения накопителей с интерфейсом SATA. Обычно с помощью чипсета реализуют 4 порта, а остальные с помощью внешних дополнительных контроллеров.

(Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.)

На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).
Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.

Под мультиконтроллером обычно находится звуковая подсистема состоящая из аудиокодека, резисторов и твердотельных конденсаторов. Кодек содержит в своём корпусе ЦАП и АЦП, что позволяет воспроизводить и принимать звук всего одной микросхемой.

Источник

VRM. Что такое, зачем? Фазы и цепи питания.

Зачем нужен VRM?

В современном мире GPU и CPU кристаллы потребляют довольно много энергии, при этом они требуют питание с довольно низким напряжением, что создаёт очень серьезную проблему, связанную с большой силой тока которую передать от блока питания без потерь довольно сложно. Передача больших токов — это вообще значительная проблема и в любых электросетях.

Допустим на электростанциях специально выводят линии высокого напряжения, чтобы передавать большие мощности малыми токами. И уже только вблизи потребителя устанавливаются трансформаторные подстанции понижающие напряжение до бытовых 230 Вольт на фазу, если говорить про российские стандарты.

Именно для того чтобы так это всё работало и не приходилось вести толщенные медные кабели от электростанций и существуют все эти преобразования. По этой же причине мы используем переменный ток. Законы природы подарили нам прекрасное свойство электромагнитных излучений, при котором наведённые ЭДС сильно зависят от того чем они наводятся и на что они наводятся. Поэтому достаточно просто подобрать катушки с нужным числом витков и почти без потери мощности можно трансформировать питание изменяя как нам удобно ток и напряжение. Собственно эти устройства для преобразования переменного тока называются трансформаторами. А нужно нам преобразования чтобы получить нужное питание.

И тут встаёт вопрос в том, что чипам графики и процессора нужно довольно низкое напряжение — менее полутора вольт. И это создает проблемы. Допустим, видеокарта может потреблять 350 и даже более Ватт. Учитывая, что напряжение питания на чип составляет порядка 1,35 Вольт, то получается, что ток в подводящих кабелях должен быть около 260 Ампер. И для передачи такого тока с малыми потерями на 1 метр от блока питания до видеокарты вам нужно будет хотя бы провод сечением в 120-150 квадратных мм. Это должен быть кабель толщина которого примерно как у большого пальца на руке, плюс изоляция и выходит штуковина в почти два сантиметра диаметром. И это всё из меди. Даже отбрасывая вопросы того какими должны быть клеммы для того чтобы они не плавились встают вопросы гибкости такого кабеля, а также токоподводящие кабели будут в несколько раз дороже тех блоков питания, что сейчас продаются.

В общем проблема точно такая же как и с электростанциями. Поэтому требуются компромиссы при которых часть задач по преобразованию отводится в блок питания, а часть остаётся за материнской платой (более того часть отводится сейчас самим процессорам, которые одно входное напряжение трансформируют в несколько более низких уже внутри себя).

Если нам надо использовать VRM, почему весь блок питания нельзя разместить на материнской плате?

Если представить что все вопросы по трансформации брали бы на себя материнские платы, то это бы вызвало ряд проблем. Во первых питание у нас идёт 230 Вольт переменного напряжения. То есть прямо на материнской плате пришлось бы разводить и часть включающую в себя переменное напряжение. А это тоже проблема, и проблема в наводках. Корпуса блоков питания металлические по двум причинам. Первая — это вопрос пожарной безопасности, то есть в случае возникновения открытого горения внутри блока питания — огню через какое-то время будет нечего жечь, корпус при этом не пропустит огонь наружу и горение прекратится. А вторая причина — корпус блока питания металлический и заземлён и он экранирует наводки от переменного напряжения. То есть если бы у нас преобразование происходило на материнской плате, то и в динамиках у нас постоянно бы фонили 50 Герц от розетки и было бы намного больше ошибок записи и чтения данных, особенно на устройствах которые либо записывают и читают изначально по аналоговому (например жёские диски), либо имеют много градаций логических уровней, или требуют точных зарядок и разрядок каких-то элементов, то есть это SSD диски, оперативная память и тому подобное. Всё это бы было плохо электромагнитно совместимо с той частью материнской платы которая бы получала переменное напряжение. Вторая проблема — напряжение 230 Вольт достаточно большое, чтобы пробивать через живые ткани человека, поражая электрическим током пользователя который будет недостаточно аккуратен. А это, помимо прочего, и законодательные проблемы. То есть нельзя будет сертифицировать для розничной продажи отдельные комплектующие, можно было бы в таком случае продавать только полностью собранные компьютеры в корпусе без доступа к его содержимому пользователей. И это тоже проблема.

Поэтому такая штука как отдельный блок питания и существует. И она занимается тем чтобы получать из розетки переменное напряжение, а выдавать несколько наиболее потенциально востребованных выходных постоянных напряжений, но достаточно высоких, чтобы токи были не очень большими, и можно было использовать провода адекватных сечений, но при этом напряжение должно быть не настолько высокое, чтобы пользователя могло ударить током, и чтобы в целом свести возможности случайных замыканий и пробоев к минимуму. И в настоящий момент такое напряжение — это напряжение 12 Вольт. Блок питания выдаёт и другие напряжения, но для самых требовательных компонентов по мощности используются именно 12 Вольтовые линии, так как обеспечивают наименьшие потери при передаче тока.

А всё остальное — то есть преобразование 12 Вольт в более низкое напряжение — это уже выполняется на материнской плате или на плате видеокарты в непосредственной физической близости к самим кристаллам.

Как преобразовать напряжение в более низкое?

И тут возникает главное НО. Дело в том, что переменный ток трансформировать с малыми потерями в мощности довольно просто. Надо намотать катушки с нужными пропорциями витков и поместить их в общий замкнутый магнитный контур и всё. С постоянным напряжением, выходящим из блока питания, трансформатор будет работать только как кипятильник, ничего преобразовывать он не будет.

И тут на помощь приходит импульсный понижающий преобразователь напряжения. Чаще всего мы все эту область называем как VRM.

А характеризуются VRM возможным преобразуемым током и создаваемыми пульсациями. Но эти цифры никто не указывает, а указывают как правило только число фаз питания или число цепей питания. А максимальный ток вообще производители не указывают, потому что иногда меняют элементы в VRM на получше, если первые версии показали проблемы и выходы из строя или на похуже, если производитель хочет сэкономить в ущерб запасу по передаваемой мощности. И чтобы понять что такое фазы, а что такое цепи или линии питания и в чём разница между цепями и фазами нужно для начала понять общий смысл работы импульсного преобразователя напряжения.

Представьте, что у вас есть питание в 12 Вольт, а вам надо 2 вольта.

Кто хорошо помнит школьный курс физики тот может вспомнить, что можно разбить нагрузками цепь так, что в нужных частях вы получите меньшее напряжение. В таком случае альтернативная ветвь либо должна выполнять какую-то другую полезную работу, либо просто рассеивать мощность в тепло.

Данных вид понижающих преобразователей существует и называется линейным регулятором напряжения и бывают случаи когда применяют именно такой метод, но у нас с вами значительная мощностная нагрузка и нам надо очень сильно снизить напряжение, то есть мы берём малую долю от исходных 12 Вольт. В случае использования линейного преобразователя напряжения КПД такого снижения был бы очень низким. Вдобавок у нас процессор и видеокарта потребляют всегда разное количество мощности, а значит и другая нагрузка должна постоянно меняться чтобы напряжение всегда создавалось правильное. То есть это не будут просто резисторы как на схеме, нужна управляемая нагрузка, которую, как правило, ещё и тоже нельзя перегревать, то есть создаётся много проблем.

Этот метод нам не подходит.

В нашем случае куда лучше подойдёт импульсный преобразователь, чтобы понять общий смысл его работы приведу пример. Допустим если у нас за секунду первую 1/6 времени будет 12 Вольт, а оставшихся ⅚ секунды 0 Вольт, то в среднем у нас будет 2 Вольта, которые нам и надо получить.

С точки зрения математики всё прекрасно, мы получили из 12 Вольт — 2 Вольта с КПД 100%, но с точки зрения техники у нас всё равно 12 Вольт вперемешку с отсутствием питания и работать это не будет. Благо есть методы позволяющие частично решить эту проблему. Существует такое электротехническое решение как LC фильтр применяемый в куче разных мест.

Данная конструкция не даёт происходить любым изменениям очень резко, то есть все переходные процессы становятся заторможенными во времени. В том числе размываются и наши включения/выключения.

И в итоге на выходе мы получаем некое подобие постоянного напряжения и некое подобие относительно высокого КПД. Естественно это не 100%, но куда выше, чем в линейном преобразователе.

Проблема только в том, что мы всё равно не получаем постоянное напряжение как в линейном преобразователе потому что есть пульсации напряжения.

И если супер критично отсутствие этих пульсаций то и применяется линейный преобразователь напряжения. Для процессора эти пульсации тоже критичны. Дело в том, что процессор работает на частотах выше, чем происходит пульсирующее включение питания, а значит в отдельные такты он будет менее стабильным, так как получает недостаточное напряжение для питания, то есть для стабильной работы придется завышать напряжение, так чтобы в моменты падений между импульсами было достаточно стабильности, то есть среднее напряжение должно быть излишним, что ухудшит энергоэффективность работы. Помимо этого — высокие пульсации — это ещё и наводки, то есть помехи при работе.

Но проблема эта не единственная. Есть вторая сложность, которая заключается в том, что процессор потребляет довольно много энергии.

Как работает VRM?

И тут уже стоит перейти к тому как же всё таки происходит генерация этих самых импульсов напряжения, чтобы понять почему высокие токи — это проблема.

В классическом исполнении мы для подачи импульсного питания ставим сборку из двух MOSFETов которые в данном случае чаще называют ключом (по русски мосфетами в данном случае называются МДП транзисторы с изолированным каналом N типа).

Суть таких транзисторов заключается в том, что он состоит из трёх областей кремния с разным лигированием, так что заряды просто так не могут преодолеть центральную часть, то есть центральная часть отталкивает от себя заряды подаваемые в крайние области. То есть по умолчанию он работает как диэлектрик не пропуская ток. Но если чуть-чуть помочь зарядам преодолеть малую область пространства центральной части, то заряд пройдёт. Собственно если подать напряжение на затвор, то есть к электроду у центральной части, то создаваемое электромагнитное поле поможет подровнять в центральной области потенциальную яму, которую не могут преодолеть заряды, и образуется в центральной области переход по которому между крайними частями начинает идти ток, а если с центрального электрода опять убрать заряд, то ток опять перестаёт идти через центральную часть.

И эти переключения режимов могут происходить часто и быстро.

Но сами по себе транзисторы не могут открываться и закрываться, затворами нужно управлять. Для того чтобы это происходило правильно нужен драйвер который и отвечает за управление базой.

Но проблема в том, что в задачи драйвера входит только управление затворами. Он не знает на сколько их надо открывать по времени. Нагрузка, то есть потребление процессором, постоянно меняется, и это проблема, потому что от увеличения нагрузки может происходить просадка напряжения и эти драйверы должны не бездумно включать и выключать течение тока, а делать это на необходимое время. И это необходимое время включения драйверу сообщает контроллер.

Контроллер в режиме реального времени отслеживает состояние питания и быстро корректирует требуемые изменения скважности импульсов, этим требованиям подчиняется драйвер который уже управляет затворами транзисторов.

Но вернёмся к двум ранее высказанным проблемам. Первая — это высокие токи, а вторая — это пульсации.

Начнём с высоких токов.

Дело в том, что геометрические размеры перехода для тока в транзисторах значительно ограничены, то есть у нас получается место с малым сечением проводника в транзисторе, а это значит что в этом месте есть сопротивление и как следствие нагрев. Обычно применяются мосфеты способные передать через себя от 20 до 60 Ампер. С ними есть ещё одна неприятная особенность, что их характеристики зависят от температуры. Кроме того в момент переходного процесса между работой как диэлектрик и проводник — транзистор также является далеко не идеальным проводником, то есть несмотря на то что мы их используем как ключи постоянно закрывая и открывая с высокой частотой — это не самый их любимый режим работы. И эти характеристики портятся от роста температур. То есть при приближении силы тока к заявленным пределам — происходит повышенный нагрев выше 80 градусов, который ещё ухудшает характеристики перехода, отчего нагрев происходит интенсивней, от чего ещё сильнее ухудшаются характеристики от чего нагрев становится ещё выше, от чего характеристики ещё ухудшаются и… вы поняли.

Решается вопрос с недостатком пропускной способности по току довольно просто. Ставится просто несколько цепей питания (не путать с фазами питания, об этом будет чуть позже).

Допустим надо обеспечить пропускание 300 Ампер через VRM, производитель, берёт, допустим, 50 Амперные транзисторные сборки, делит 300 А на 50 А и получает — 6. Именно столько цепей питания потребуется. А если взять 30 Амперные, то надо поставить 10 цепей питания (300/30=10). Ни то ни другое не является худшим или лучшим решением в плане передачи тока. Худшим решением является когда производитель железки заказывает разработку VRM, скажем на 100 Ампер, а маркетологи пишут, что на это можно поставить i9 9900ks и называют плату оверклокерской.

А вот со второй проблемой — пульсациями — всё сложнее.

Если просто так поставить много цепей питания — это не решит вопрос пульсаций ровным счётом никак.

Но и тут есть целых два варианта уменьшения пульсаций.

Первый — более очевидный. Если делать импульсы пропорционально чаще и при этом короче по длине, то будет гораздо короче промежуток времени на котором происходит сглаживание.

И этот метод отлично работает и применяется довольно широко, особенно в оверклокерских материнских платах. Проблема только в том, что режим переключения далеко не самый любимый для транзисторов. То есть при увеличении частоты увеличивается нагрев и падает КПД VRM. Но метод этот всё равно применяется очень активно. Допустим лет 5 назад оверклокерские платы давали возможность делать переключения в лучшем случае по 500 тыс раз в секунду, то есть 500 КГц. Сейчас уже вполне себе средние платы имеют частоту 500 КГц, есть множество видеокарт с частотой даже выше. А топовые оверклокерские материнские платы имеют частоту переключений в 1 МГц. Но это всегда был метод в тупую и вспомогательный. Он работает и очень хорош, но имеет минусы в ухудшении эффективности.

Есть методы и не в тупую. Не в тупую потому что не приносят ухудшений в КПД и в разы снижают пульсации.

В реальности, я напомню, у нас цепей питания не одна, а больше. И это важно не только для того чтобы увеличить максимальный преобразуемый ток.

В теории возможно одновременное управление этими цепями питания, то есть управление таким образом, что все импульсы включения будут совпадать во всех цепях.

Но если промежутки включения в каждой из цепей сместить, равномерно распределив по всему периоду времени, то пульсаций станет меньше, при этом мы не получаем никаких отрицательных эффектов, виртуально частично имитируя более высокую частоту. Цепи питания со смещением импульсов друг относительно друга называются уже не просто цепями питания, они называются фазами питания.

Каждый из драйверов управляется контроллером со смещением.

И тут начинается путаница. дело в том, что иногда число фаз и цепей равны друг другу, а иногда эти числа разные. То есть если все цепи питания разнесены друг относительно друга по фазам срабатывания импульсов, то число фаз и число цепей равно, и каждая цепь имеет уникальную фазу в работе. А если, допустим, есть 4 цепи питания, но две пары из них синфазны, то есть имеют совпадающие фазы, то в таком случае это будет 4 цепи питания, но при этом две фазы питания. С точки зрения первой проблемы — передачи большого тока это будут именно 4 цепи питания и они ничем не хуже, чем такие же цепи, но не синфазные, но с точки зрения уменьшения пульсаций, это будет две фазы.

Теперь разберёмся кто же отвечает за смещение фаз.

И тут не всё просто.

Напомню, что у нас есть контроллер, есть драйвер и пара транзисторов с фильтром.

Задача распределить открытие цепей питания по разным фазам ложится на плечи контроллера. Одна из характеристик контроллеров — это число выходных каналов для управления драйверами. Соответственно если таких каналов 8, то такой контроллер может управлять драйверами так чтобы те обеспечили 8 разных фаз питания. Если 6, то 6 и т.д.

И несколько лет назад — на этом бы рассказ и закончился. То есть контроллер управляет драйверами каждый со своим смещением по фазе, те управляют транзисторами со смещением по фазе и так это и работает. А если цепей питания больше, чем максимально может выдать фаз контроллер, значит часть цепей работает синфазно, то есть, допустим, цепей питания 8, а фаз питания — 4.

Но сейчас — это уже не так. Дело в том, что часть задач по разбитию на фазы взяли на себя драйвера. То есть драйвер может получить от контроллера сигнал со своим смещением по фазе и уже сам драйвер может обслуживать более 1-ой цепи питания, самостоятельно разделяя эти цепи на фазы.

В текущий момент драйвера уже умеют разбивать одну фазу на свои 4 подфазы, но в процессорных VRM используется сейчас либо фазы с чистым управлением от контроллера либо фазы полученные драйверами удвоителями, называемых даблерами, квадреры, то есть драйвера делящие одну фазу на 4 до материнских плат ещё не добрались, а вот в видеокартах они периодически встречаются.

Выводы

Теперь вы уже должны понимать разницу между цепями и фазами. Ну и то что количество цепей и максимальный ток на транзисторах описывает возможный передаваемый ток, а количество фаз описывает как хорошо происходит борьба с пульсациями.

Видео на YouTube канале «Этот компьютер»

Источник

Что такое фазы питания VRM материнской платы?

VRM: важный в роли, но часто забытый

На каждой материнской плате есть цепь рядом с CPU, называемая модулем регулятора напряжения или VRM. Задача VRM состоит в том, чтобы сделать питание от блока питания пригодным для использования процессором и помочь, стабилизировать его. Если бы не VRM, ваш процессор даже не работал бы!

ОЗУ также имеет гораздо меньший, более простой VRM рядом со слотами оперативной памяти. Тем не менее, обычно фокусируется только на VRM процессора. Тяжёлый разгон ОЗУ выполняется немногими, и ОЗУ потребляет меньше энергии, чем ЦП, поэтому его часто игнорируют.

Технический материал: силовые фазы

В VRM есть две отдельные группы фаз питания. Один используется для ядер ЦП, а другой используется другими частями ЦП, например, встроенным графическим процессором. На типичной материнской плате фазы питания, используемые для ядер ЦП (те, которые нас интересуют больше всего), находятся слева от ЦП, в то время как другие находятся над ним, но это не всегда так, особенно для небольших материнских плат.

По мере увеличения количества фаз питания время, в течение которого данная фаза питания «работает», уменьшается. Например, если у вас есть две фазы питания, каждая фаза работает 50% времени. Добавьте третью, и каждая фаза работает только 33% времени, и так далее.

Если предположить, что используются одни и те же компоненты, то чем больше фаз вы добавите, тем круче будет работать каждая фаза, тем больше мощности сможет выдать VRM и тем стабильнее будет напряжение на процессоре. Чем больше энергии использует ваш процессор, тем горячее работает VRM. Работа кулера увеличивает срок службы VRM и снижает риск перегрева, что может стать проблемой для оверклокеров. Более высокая выходная мощность снижает риск перегрузки VRM, что может привести к выключению системы или замедлению работы процессора. Лучшая стабильность питания ЦП может в ограниченной степени снизить необходимое напряжение для стабильности разгона, повышения температуры ЦП и теоретического срока службы.

Качество фазы

Важно понимать, что большее количество фаз питания не обязательно означает лучший VRM. Фактический выбор компонентов во всем VRM имеет большое значение для рабочих температур и того, какую мощность способен выдержать VRM. Преимущество большего количества фаз заключается в стабильности напряжения, которое выдает VRM, в то время как температура и способность выходной мощности VRM находятся в воздухе.

Четыре фазы вполне могут быть лучшим выбором, чем восемь фаз, если компоненты достаточно лучше. С практической точки зрения, больше этапов, лучший выбор, но это не всегда так, поэтому лучше рассмотреть это в каждом конкретном случае.

Обманчивый маркетинг и дизайн

Довольно распространенная конструкция, используемая производителями материнских плат, заключается в удвоении количества компонентов, используемых в каждой фазе питания, без удвоения количества фаз питания. Те, кто не знает лучше, могут предположить, что вы можете подсчитать количество дросселей для подсчета количества фаз питания. Что возможно и более важно, производители материнских плат часто (но не всегда) используют эту конструкцию, одновременно требуя более высокого числа фаз. Хотя количество фаз питания не увеличивается, фактическое качество фаз все еще увеличивается, что значительно повышает выходную мощность VRM, а также рабочие температуры.

Эта практика вводит в заблуждение и не идеальна по сравнению с более актуальными фазами, но она все же помогает. ASUS Z390 Maximus XI Hero и MSI B450M Mortar (Titanium) считаются примерами такого дизайна, хотя и не являются обманчивым маркетингом. Тем не менее, Asrock Fatal1ty AB350 Gaming-ITX/ac, безусловно, считается примером притязательного подсчета количества фаз с использованием этой конструкции.

Производители материнских плат иногда выходят за рамки маркетинга двухкомпонентных фаз как дополнительные фазы, даже не удваивая все компоненты, но при этом требуют большего числа фаз. Они могут добавить еще один дроссель и, возможно, один транзистор (хотя и более важный, который обрабатывает большую часть мощности), чтобы создать видимость большего количества фаз, но не добавлять отдельные фазы. Это делает любую ложь о подсчете фаз еще более вопиющей и (в ограниченной, но не большой степени) уменьшает реальную выгоду. Gigabyte B450 Aorus M и Aorus Elite, Biostar B450MHC и ASUS TUF Z370-Pro Gaming являются примерами этого дизайна, хотя у них нет претензий по количеству фаз, связанных с ними.

Вывод

В конечном счете, в системах с процессорами последнего поколения беспокойство о VRM будет в основном актуально для тех, кто хочет достичь высоких разгонов, а не для обычных пользователей. До тех пор, пока производитель не укажет определенный процессор TDP как не поддерживаемый, вы можете использовать любой современный процессор на материнской плате с совместимым сокетом и запускать его без разгона и без проблем.

Основанное на доступных в настоящее время материнских платах, маловероятно, что вы столкнетесь с какими-либо существенными неудачами с любой приличной (фактической) четырехфазной материнской платой и четырехъядерным или шестиядерным процессором, а также с шестифазной материнской платой и восьмиъядерной центральный процессор (по крайней мере, до тех пор, пока его охлаждение не будет ужасным, как на ASRock Z390 Pro4). И если вы не пытаетесь побить рекорды разгона или используете процессор с 16+ ядрами, практические преимущества для виртуальных виртуальных машин высшего класса, которые могут иметь более восьми высококачественных фаз питания, невелики. Температура всегда может быть проблемой, но фактические температуры всегда будут варьироваться между пользователями и их оборудованием, в то время как какое-либо влияние на срок службы материнской платы неясно.

Все это говорит о том, что для большинства людей не стоит беспокоиться о VRM. Для нас, обычных пользователей, лучше сосредоточиться в основном на функциях и, возможно, эстетике, которую обеспечивает материнская плата. Но, зная это, вы можете сделать свой выбор более эффективно для ваших нужд.

Источник

Различные виды VRM материнской платы — какие бывают топологии и что выбрать

Достаточно давно на материнской плате появился дополнительный разъём питания, помимо большого стандартного ATX. Рядом с процессором можно увидеть небольшую группу от 4 до 8 контактов, а иногда и даже пару таких. Как раз это и есть питание для VRM – системы стабилизации и питания процессора. В современных материнских платах особо компоненты не рассмотреть: они почти всегда спрятаны за радиаторами.VRM – одна из самых важных составляющих, ведь от него полностью зависит питание процессора, и насколько оно качественное, будет зависеть стабильная работа всей системы.

Как устроен VRM

Voltage Regulator Module представляет собой импульсный преобразователь постоянного напряжения, более привычное название DC-DC конвертер. Основная его часть – катушка индуктивности, режим работы которой регулируется двумя ключами с конденсатором на выходе для сглаживания пульсаций.

Работу можно разделить на 2 такта: сначала открывается один транзистор, заряжая энергией сердечник катушки индуктивности. На втором такте дроссель отключается от входного напряжения и сердечник начинает отдавать энергию, возникает электродвижущая сила, которая на выходе дросселя образует нужное напряжение обратной полярности и собирается в конденсаторе.

Достаточно простая схема позволяет понизить напряжение и увеличить силу тока, к тому же с большим КПД, 90-95%. Использование импульсной технологии позволяет максимально сделать схему миниатюрной.

Таких одиночных модулей на материнской плате обычно несколько, точное количество обычно указывается в документации к материнской плате в значении количества фаз питающей системы процессора. Причём эти модули действительно управляются специальным контроллером со сдвигом по времени. Чем больше фаз – тем более стабильное напряжение на выходе и тем больший ток VRM материнской платы может обеспечить, соответственно тем более мощный процессор можно будет использовать в готовой сборке. Максимальная мощность процессора указывается в документации к материнской плате, но как мы уже писали ранее, к официальной она отношение имеет слабо и может не соответствовать реальной.

Зачем такие сложности

VRM питается 12 вольтами, обычно именно этот показатель является основным для компьютерных блоков питания. Это самое большое напряжение, которое есть в компьютере. Со школьных уроков физики нам известно, что мощность – это сила тока, умноженная на напряжение, и если процессор имеет мощность 120 Вт, то по линии 12 В итоговое потребление находится на уровне 10 ампер, соответственно можно использовать достаточно тонкие провода.

А вот сам процессор уже питается напряжениями около 1-1,4 вольта, соответственно потребляет сотни ампер и с такими значениями провода к нему больше бы напоминали комплект для сварочного аппарата. На самом деле так и есть, только всё это выполнено на материнской плате в виде дорожек, а в сокете процессора несколько ножек предназначены именно для питания, создавая необходимую площадь сравнимую с сечением проводника на сотни ампер.

Как достигается большое количество фаз VRM

Контроллеры для VRM редко имеют отличное от 4 количество фаз, а сама система питания процессора – это сложное сбалансированное устройство. Достигать больших выходных значений путём увеличения мощности самих компонентов – это самое простое решение проблемы. Но в таком случае VRM будет достаточно горячая, а лишнее тепло в компьютере – это вечная головная боль. Поэтому нехватку в линиях управляющего контроллера производители материнских плат научились решать несколькими способами.

Самый простой способ – усиление одной фазы двумя модулями, то есть из 4 линий мы получаем 8 линий, но они не совсем честные. По факту – это всё тот же четырёхфазный VRM, просто каждая линия теперь имеет большую мощность за счёт дополнительного модуля с дросселем. И некоторые производители даже не стесняются выдавать такое решение как дополнительные фазы, но это не так.

Другой способ увеличения и мощности и количества фаз – установка промежуточной микросхемы удвоителя частоты между дополнительными модулями, а не напрямую, как в прошлом примере. В таком случае мы действительно получаем систему с увеличенным количеством фаз, пусть даже это и не настоящие выходы контроллера. Но такое решение является честным и позволяет на выходе VRM получить более линейное напряжение, к тому же тепловыделение такой системы будет ниже: большее количество дроссельных модулей работают поочерёдно, а соответственно будут выделять меньше тепла.

Будет не лишним изучить какие транзисторы используются в обвязке катушки индуктивности. Нередко здесь производители тоже пытаются экономить. Мы помним, что дроссель заряжается большим напряжением, соответственно меньшим током, а снимается с него небольшое напряжение, но больший ток, поэтому транзисторы могут быть разной мощности, это достаточно распространённое и эффективное решение. Иногда второй более мощный транзистор заменяется на два, причём это даже не выглядит как попытка сэкономить. Всё же 2 транзистора по итогу будут меньше греться, и не только потому, что через них будет протекать ток, разделённый пополам между ними. Общее сопротивление двух транзисторов будет меньше, чем одного, то есть это тоже один из способов борьбы с тепловыделением.

Самые мощные VRM с их точной настройкой используются производителями в материнских платах для разгона, созданные специально для удовлетворения всех потребностей энтузиастов и оверклокеров. Естественно, для раскрытия всего потенциала системы, будет нужен процессор с разблокированным множителем.

Заключение

Производители сами заинтересованы в качестве своей продукции, конечно же топовые игровые материнские платы комплектуются более качественными системами питания, которые поддерживают разгон, а в разогнанном состоянии процессору необходимо более качественное и стабильное питание. От недорогих бюджетных плат такого не требуется и системы питания на них значительно скромнее. В большинстве случаев, в документации к материнской плате содержится вся необходимая информация и списки поддерживаемых процессоров.

Источник

Зона VRM на материнской плате это что?

Во время обзора той или иной материнской платы можно услышать выражение “Зона VRM”. Также часто говорят о количестве фаз питания в ней и о ее охлаждении.

В данной статье мы расскажем, что это за зона и где она физически располагается на материнской плате.

Расположение и состав VRM

Начнем с расшифровки данной аббревиатуры. VRM это Voltage Regulator Module, что переводится на русский как модуль регулирования напряжения.

Область VRM на плате

Он представляет из себя группу элементов, в которые входят MOSFET-транзисторы, дроссели, конденсаторы, драйверы и контроллер. Располагается VRM обычно левее и выше процессорного сокета.

Элементы зоны VRM

Основная функция данного модуля – обеспечивать качественным питанием процессор и контроллер памяти. Выполняется это за счет понижения 12 вольт, идущих от блока питания, до нужного значения для конкретной модели процессора, установленного в материнскую плату.

На платах среднего и высокого ценового сегмента данная область зачастую прикрыта декоративно – охлаждающими радиаторами для снижения температуры в ней. Так как чем более производительный процессор устанавливается, тем больше греется VRM.

VRM с радиаторами охлаждения

Достаточно важной характеристикой этой зоны является конфигурация фаз питания. Считается чем их больше – тем лучше. Большее количество фаз может гарантировать более долгую и стабильную работу производительных процессоров с высоким энергопотреблением.

Источник

Что такое VRM и как они влияют на производительность процессора?

Что такое VRM и как он работает?

VRM на вашей материнской плате состоят из ряда важных, но недооцененных электронных компонентов, поскольку именно они гарантируют, что процессор или даже видеокарта получит чистый источник питания и, что наиболее важно, точное и постоянное напряжение, которое необходимо.

Плохая система VRM может привести к снижению производительности и ограничить способность процессора работать при высокой нагрузке; это может даже привести к неожиданным отключениям, особенно при разгоне.

VRM использует три компонента для выполнения своей работы: полевые МОП-транзисторы, катушки индуктивности (также называемые дросселями) и конденсаторы. Существует также интегральная схема (ИС) для управления всем, иногда называемая ШИМ-контроллером; Ниже вы можете увидеть упрощенную схему того, как работает однофазный VRM.

Многофазный VRM (процессор + RAM)

Современным компьютерам требуется более одного однофазного VRM, поэтому современные системы питания материнских плат используют многофазные VRM или многофазные VRM. Несколько фаз распределяют силовую нагрузку на более широкую физическую область, тем самым уменьшая тепловыделение и нагрузку на компоненты, а также обеспечивая другие электрические улучшения, связанные с эффективностью и стоимостью детали.

Каждая из фаз этих современных VRM обеспечивает часть необходимой мощности, по очереди обеспечивая полную мощность процессора. Взятые по отдельности, каждая фаза дает только краткий момент мощности, визуализированный в виде волны прямоугольной формы.

Всплеск энергии для каждой из фаз отличается от последней, поэтому, хотя одновременно работает только одна фаза, общее количество энергии никогда не меняется. Это, в свою очередь, обеспечивает бесперебойный и надежный источник питания, именно то, что требуется процессору для оптимальной работы. Ниже вы можете увидеть упрощенную систему работы.

Правда о фазовых объявлениях

Производители материнских плат обычно рекламируют свои продукты VRM как сумму двух цифр, например «8 + 3» или «6 + 2». Первое из этих чисел указывает количество фаз, предназначенных для очистки мощности ЦП, а второе число указывает фазы VRM, которые остаются для питания других компонентов материнской платы, таких как Оперативная память Память.

Когда первое число больше 8, например 12 + 1, 18 + 1 или даже больше, производитель часто использует устройство, называемое дупликатором. Дубликатор позволяет им многократно увеличивать эффективность существующих фаз без необходимости физического создания дополнительных фаз на печатной плате материнской платы. Хотя это не так эффективно, как полностью раздельные фазы, оно позволяет некоторые электрические улучшения в целом, и, очевидно, его производственная стоимость намного ниже.

Конечно, поскольку этот метод позволяет производителям увеличить количество покупателей за небольшую плату, они часто используют маркетинговые стратегии, чтобы «продать» свою тарелку, как если бы она была лучше, чем она есть на самом деле. Будьте осторожны с этим.

Как VRM влияют на производительность процессора?

Целью схемы VRM является обеспечение чистой, надежной и эффективной энергии. Однако даже базовый VRM может предложить достаточно производительности, чтобы поддерживать ЦП среднего уровня на стандартных скоростях, но именно при разгоне или расширении пределов компонентов качество VRM становится более важным.

Поэтому, если вы хотите разогнаться, вам следует искать платы с конденсаторами хорошего качества, которые часто продаются как «японские конденсаторы 105C», «твердотельные конденсаторы» или «темные конденсаторы». Очень высокие уровни разгона также требуют, чтобы дроссели были хорошего качества, и в этом отношении их часто называют SFC (суперферритовые дроссели) или «дроссели из сплава премиум-класса». Вы также должны убедиться, что у полевых МОП-транзисторов есть собственные радиаторы, поскольку это компонент, который выделяет больше всего тепла.

Кроме того, те, кто использует более мощные процессоры, любят AMD ThreadRipper должен убедиться, что VRM их материнской платы хорошего качества, даже если они не собираются разгоняться. Многие производители готовы к потреблению процессоров ThreadRipper, но когда ЦП потребляет много энергии, качество VRM может иметь значение, иметь ли хорошую или плохую общую производительность.

В любом случае, даже со знанием дела может быть трудно узнать, есть ли на материнской плате хорошие VRM для процессора, который вы собираетесь установить, тем более что многие производители плат используют фазы VRM как простой маркетинговый материал.

Источник

Что такое VRM на видеокарте?

Всем привет! Сегодня обсудим VRM на видеокарте: что это такое, как ее посмотреть, какая нормальная и максимально допустимая температура, как охладить видеокарту в случае сильного перегрева. О том, что означает Dual в маркировке GPU, читайте здесь.

Что такое VRM 1 и VRM 2

В любой видеокарте есть датчики ВРМ 1 и ВРМ 2, показатели которых существенно превышают параметры нагрева графического чипа. Если процессор ГПУ нагревается до 65-70 градусов, то ВРМ может достигать 90 градусов. И это ситуация не «из ряда вон», а скорее нормальная для такого режима работы.

Под этими аббревиатурами «прячутся» транзисторы системы питания, которые поставляют энергию графическому чипу и видеопамяти. Если рассмотреть печатную платы GPU, можно увидеть зону, где расположено десяток транзисторов и конденсаторов, выставленных в ряд.

Вот их температуру и показывает ВРМ. Часто для защиты от перегрева эти компоненты оборудованы собственным радиатором, а иногда и дополнительной тепловой трубкой, связанной с радиатором основной системы охлаждения.

Как узнать температуру VRM

Отдельно измерять эту температуру не нужно: силовые элементы оборудованы собственными датчиками, доступ к которым может получить любая диагностическая утилита — GPU-Z, Speccy, HWMonitor, AIDA64 или Sisoftware Sandra.

Чем ниже эта температура, тем лучше. Однако если вы во время диагностики увидите цифру 85-90 градусов, не следует паниковать: для таких компонентов это норма. Задуматься об охлаждении стоит, если она поднимается выше.

Что сделать в такой ситуации? Прежде всего, почистить устройство от пыли, из-за обилия которой обычно и случается перегрев. Если не помогло, стоит установить дополнительный корпусный вентилятор, направив его на графический адаптер.

Отдельно хочу уточнить, что бывает такое очень редко. Даже если вы разогнали ГПУ, с большой вероятностью поднимется температура чипа и видеопамяти, но транзисторы с конденсаторами будут работать в том же режиме, пропуская ненамного больше электрического тока.

Также советую почитать «Что такое шейдеры в видеокарте» и «GDDR5 – что это такое и какие еще есть типы видеопамяти?». Не забывайте поделиться этим постом в социальных сетях — буду очень признателен. До скорой встречи на страницах моего блога!

Источник

Как работает VRM материнских плат

В любом компьютере есть электрические цепи, ответственные за формирование нужных напряжений для процессора, видеокарты и других устройств. К наиболее важным из них относятся схемы регулировки напряжения VRM (voltage regulator modules).

В данной статье рассматриваются базовые особенности функционирования VRM на материнских платах. Знание особенностей работы подсистемы питания помогут обдуманнее относиться к выбору материнских плат и обеспечению их оптимального режима работы.

Для чего нужны цепи VRM на материнской плате?

VRM в компьютере понижают питающие напряжения от блока питания (3.3, 5, 12 вольт) до значений, нужных для электронных элементов питаемых устройств (обычно в пределах 0,5-1,5 вольт).

Место VRM в цепи питания процессора компьютера:

Основные элементы VRM на материнской плате компьютера:

Цепи VRM у видеокарт и материнских плат состоят из понижающих преобразователей постоянного напряжения (DC-to-DC buck power converters) с несколькими фазами. Они работают синхронно со сдвигом импульсов (смещением фаз) относительно друг друга.

Графики, иллюстрирующие включение/работу каждой из четырех фаз питания в зависимости от управляющих импульсов ШИМ-контроллера (PWM):

Основную токовую нагрузку фаз VRM принимают на себя полевые транзисторы, которые работают в качестве ключей – переключателей, пропускающих через себя импульсы тока от блока питания на выходной LC-контур.

Обычно чем больше фаз используется для обеспечения нужного напряжения, тем лучше. Это связано с уменьшением времени работы под нагрузкой элементов каждой фазы, что благотворно сказывается на температурном режиме, увеличивает суммарную отдаваемую мощность, время бесперебойной работы и общую надежность системы.

Как работают фазы питания VRM?

Одна фаза VRM представляет собой совокупность драйвера, полевых транзисторов, дросселя и конденсатора.

Упрощенная блок-схема полноценной фазы питания:

Полноценная блок-схема одной фазы питания процессора:

Типовая электрическая схема одной фазы питания процессора:

Как видно из схемы, один из МДП-транзисторов (верхнее плечо) стоком подключен к шине питания +12 В, а второй (нижнее плечо) — истоком к массе.

В большинстве случаев в VRM используется запараллеливание нескольких фаз для выигрыша мощности и улучшения режима работы использующихся компонентов.

Упрощенная схема трехфазного VRM:

Каждая фаза питания VRM состоит из следующих электронных элементов:

Полевые транзисторы фаз управляются ШИМ-контроллером (PWM chip), который формирует управляющие импульсы, открывающие (в нужное время) затворы силовых транзисторов через драйвер.

Функционально каждая фаза состоит из трех частей: цепей логики, силовой части и фильтра.

Логическая часть VRM состоит из контроллера напряжения (voltage controller) и ШИМ-контроллера (Pulse Width Modulator).

Задача контроллера ШИМ – отслеживать выходное напряжение и управлять драйверами и удвоителями (если последние есть в схеме). В зависимости от состояния питания на выходе VRM корректируется значение скважности управляющих ШИМ-импульсов, которые используются драйверами для открытия/закрытия затворов ключевых транзисторов.

Для стабилизации выходного напряжения используется изменение скважности импульсов ШИМ через цепь обратной связи, в которой происходит сравнение референсного и выходного напряжений:

Драйвера и удвоители (doublers) непосредственно соединены с MOSFET-ами и являются составными элементами силовой части VRM. Задача драйвера – создать управляющий транзистором сигнал нужного напряжения.

Драйвер осуществляет прямое управление процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером.

Удвоитель делит на два частоту сигнала от ШИМ и распределяет полученные управляющие импульсы по виртуальным фазам. Он создает нужное для полевого транзистора управляющее напряжение, а время открытия и закрытия транзисторов определяет ШИМ.

Блок-схема двух виртуальных фаз питания, полученных с помощью дублирования сигнала ШИМ-контроллера:

Пример использования удвоителя для получения12 виртуальных фаз с шестиканальным контроллером ШИМ:

Использование удвоителей позволяет снизить требования к максимальному току через транзисторы силовых ключей. При этом в жертву приносится форма выходного напряжения. Это происходит из-за уменьшения вдвое частоты следования управляющих ШИМ-импульсов на виртуальных фазах.

Управляющие импульсы от ШИМ-контроллера в схеме с удвоителями делятся на две фазы:

Выходные импульсы с удвоителя имеют уменьшенную вдвое частоту по сравнению с исходным сигналом от ШИМ-контроллера:

В фильтрующей части VRM с помощью конденсаторов производится сглаживание и фильтрация выходного напряжения от помех.

Блок-схема четырехфазной схемы VRM процессора:

Схема восьмифазного VRM материнской платы:

Процессы, происходящие в VRM во время рабочего цикла

Для управления ключевыми транзисторами в импульсных регуляторах напряжения применяются импульсы широтно-импульсной модуляции:

Каждый управляющий импульс от ШИМ инициирует переключение полевых транзисторов верхнего и нижнего плеча, что обеспечивает пропускание тока в выходной контур VRM:

Когда транзистор верхнего плеча открыт (переключатель сток-исток замкнут), напряжение в точке А однофазной схемы равно 12 вольтам.

При этом начинает проходить ток через катушку индуктивности, рост напряжения в точке B (выход дросселя) происходит с замедлением из-за падения напряжения в катушке индуктивности, вызванного индукцией электромагнитного поля. По мере увеличения напряженности магнитного поля, падение напряжения на реактивном сопротивлении катушки уменьшается, и вольтаж на ее выходе достигает 12 вольт.

Чем больше индуктивность катушки, тем больше время, за которое напряжение на ее выходе станет равным 12 вольтам и, соответственно, она накопит больше магнитной энергии.

Когда ключ верхнего плеча размыкается (транзистор закрыт), напряжение в точке A становиться равным нулю. Катушка индуктивности при этом начинает терять накопленный магнитный заряд, что вызывает генерацию тока в точке B (за счет явления электромагнитной индукции), которая является выходом VRM на процессор.

Таким образом, в точке B появляется напряжение от катушки индуктивности L. Для его гашения в цепи обычно используется обратноходовой диод (flyback diode), изображенный на схеме:

В связи с тем, что диоды имею низкую эффективность, обусловленную падением напряжения на p-n переходе (подробнее в статье «Увеличение КПД выпрямителей импульсных блоков питания»), в этот момент замыкается ключ, образованный стоком-истоком транзистора нижнего плеча. Благодаря этому ток в большей мере течет через полевой транзистор, имеющий меньшее сопротивление, чем диод, что увеличивает эффективность схемы.

Для регулировки выходного напряжения на процессор (обычно 1,2 вольт) используется периодическое отключение заряда катушки индуктивности в момент, когда напряжение на точке B становиться равным 1,2 V.

При этом некоторое время нужное напряжение отдают катушка индуктивности и конденсатор, но все равно, через некоторое время начинается падение выходного напряжения ниже уровня 1,2 вольт. Через цепь обратной связи производится повторное замыкание верхнего плеча и повторение процесса заряда-разряда LC-контура. Этот цикл повторяется снова и снова под управлением широтно-импульсной модуляции, частота которой автоматически устанавливается так, чтобы обеспечить выходное напряжение заданного номинала.

Таким образом, транзисторы фаз понижают входное напряжение от блока питания (+12 В) до нужных значений с помощью периодической коммутации цепи LC к земле и +12 В. Управляя скважностью (отношением периода к длительности импульса) импульсов ШИМ, можно стабилизировать формируемые выходные напряжения при разном токе нагрузки.

Например, чтобы добиться выходного напряжения, равного 1,2 вольтам, нужно уменьшить время цикла до 10%. Это даст десятикратное уменьшение напряжения на выходе преобразователя по сравнению с питающими 12 V:

В многофазной системе аналогичные процессы происходят параллельно:

Пример электрической схемы трехфазного VRM процессора:

Благодаря сложению импульсов, формируемых каждой фазой, улучшается форма выходного напряжения (в нем становиться меньше пульсаций):

Пульсации выходного напряжения снижаются пропорционально увеличению количества фаз и уменьшением времени их рабочего цикла:

Форма результирующего выходного напряжения на выходе четырехфазного VRM:

Управляющий сигнал от ШИМ-контроллера поступает на затворы, открывая и закрывая их в соответствии с частотой подаваемых сигналов. Чем выше рабочая частота ШИМ, тем меньше уровень пульсаций выходного напряжения, но, в то же время, меньше КПД, и больше нагрев электронных элементов.

При параллельном включении нескольких синхронно работающих фаз, выходное напряжение очень стабильно, и имеет мало пульсаций. Суммарный выходной ток в многофазном VRM кратен току через все параллельные фазы, каждая из которых работает в наиболее эффективном щадящем (экономичном) режиме.

График зависимости эффективности полевых транзисторов зоны VRM материнской платы Gigabyte Z97X-SOC Force (8 фаз на мосфетах IR3553 с восьмиканальным ШИМ-контроллером IR3580):

Как видно из графика, наименьшие потери у полевых транзисторов этой материнской платы наблюдаются при протекающем токе порядка 10 ампер. При увеличении проходящего тока увеличивается нагрев транзистора, что приводит к значительному падению его эффективности.

Для продления жизни электронных компонентов стоит всячески бороться за снижение температуры их эксплуатации, что полезно как для увеличения заложенного в них ресурса, так и для уменьшения счетов за электричество. Это оправданно и для видеокарт, и для процессоров.

Какие электронные элементы используются в цепях VRM?

В цепях VRM процессора (и других) обычно используются следующие электронные элементы:

Пример расположения основных компонентов VRM на материнской плате:

Изображение конденсаторов и катушек индуктивности, использующихся в VRM:

Образцы различных ШИМ-контроллеров:

Изображение полевых транзисторов, использующихся в преобразователях VRM:

Изображение различных драйверов и удвоителей:

Часто в одном корпусе интегральной схемы находятся ШИМ-контроллер, драйверы, транзисторы, а также другие элементы. Это уменьшает габариты и стоимость таких изделий.

Четырехфазный VRM с чипами IR3555, которые включают в одном корпусе интегрированный драйвер, диод Шоттки и два MOSFET-а:

На что нужно обращать внимание при выборе материнской платы?

Чем больше реальных фаз питания у материнской платы или видеокарты, тем надежнее ее система питания и качественнее само изделие. Кроме того, на высококачественных моделях зона VRM обязательно имеет собственное охлаждение.

При выборе материнской платы стоит обращать внимание на реальное количество фаз и драйверов, а не просто считать катушки индуктивности в зоне VRM.

Три сдвоенные фазы питания на материнской плате ASRock Fatal1ty AB350 Gaming (на первый взгляд кажется, что используется 6 фаз, так как отчетливо видно 6 дросселей, выделенных зеленым цветом):

Например, на плате ASRock Fatal1ty AB350 Gaming с якобы шестью фазами питания используется ШИМ-контроллер Intersil ISL95712, который может управлять 4+3 фазами. При этом для первых четырех имеется всего два интегрированных драйвера, и еще один на три других фазы. Таким образом, для получения виртуальных 6 фаз питания на процессор используется дублирование силовых компонентов, управляемых всего тремя драйверами, что не есть гуд.

Какие схемотехнические решения VRM лучше избегать?

Схемы с удвоением сигнала ШИМ улучшают эффективность работы VRM за счет снижения качества выходного напряжения. В связи с этим при одинаковом количестве фаз на плате лучше выбрать такую, у которой они реальные, без удвоителей.

Недобросовестные производители используют упрощенные схемы VRM, в которых используется один ШИМ-сигнал для управления двумя разными цепями без удвоителя:

В этом случае используется один драйвер на две фазы, что значительно уменьшает надежность работы VRM и еще больше ухудшает качество выходного напряжения.

Блок-схема имитационных фаз питания, полученных за счет дублирования силовых компонентов при использовании одного драйвера:

Такая схема дает увеличение выходного тока, а также улучшение температурного режима ключевых транзисторов, но выходное напряжение имеет большие провалы, чем при использовании реальных и даже виртуальных фаз.

В связи с этим не стоит использовать материнские платы с VRM, в которых используется меньше драйверов, чем число использующихся фаз.

Всегда ли наличие большого количества фаз питания на плате гарантирует высокое качество изделия?

Наличие большого количества фаз питания не всегда гарантирует высокое качество изделия, так как при использовании некачественных элементов, плохо продуманной компоновке и отсутствии радиаторов многофазная система питания хоть и будет обеспечивать нужное напряжение, но будет перегреваться, что, в конце концов, приведет к ее поломке.

Кроме того, иногда лучше использовать четырехфазную систему питания с качественными компонентам и радиаторами, чем плохо исполненную восьмифазную безрадиаторную схему.

При покупке той или иной материнской платы/видеокарты нужно всегда внимательно изучать практическую реализацию схемы VRM, наличие радиаторов, обдув и т.д.

Недобросовестные производители иногда сознательно вводят в заблуждение покупателей, устанавливая фейковые фазы питания, декоративные радиаторы, некачественные конденсаторы и резисторы.

Noname-производители, а порой и и звестные бренды иногда имитируют на плате большое количество фаз, скромно умалчивая об установке удвоителей, параллельном использовании силовых элементов вместо применения реальных фаз.

Хотя такие решения уменьшают нагрузку на часть электронных компонентов, а также увеличивают максимальный допустимый ток через транзисторы, все-таки лучше поискать материнские платы с полноценными фазами питания, которые обеспечивают меньший уровень пульсаций, имеют хорошую балансировку VRM, что уменьшает риск их выхода из строя.

Для сравнения далее приводятся данные по материнским платам с примерно одинаковым числом фаз питания процессора:

Исходя из эффективности и температуры VRM этих плат, они имеют следующий рейтинг:

В качестве негативных примеров с точки зрения VRM можно привести материнские платы:

При покупке качественной платы нужно учитывать, что не существует ШИМ-контроллеров на больше чем 8 фаз. Для увеличения их количества используются удвоители (doublers). Платы с 12,!6 и даже 24 фазами питания используют именно удвоители фаз в своих VRM.

Изображение VRM материнской платы ASUS P6X58D-E с 16 виртуальными фазами:

В этой плате для увеличения количества фаз используются EPU chip ASP0800 в паре с PEM чипом ASP0801, каждый из которых обеспечивает работу дополнительных 4 фаз, синхронизированных с реальными 8 фазами от ШИМ-контроллера.

Для еще большего увеличения количества рабочих фаз используют учетверители ШИМ-сигнала:

Кроме того, производителями используются и другие ухищрения для увеличения количества фаз, например:

Обеспечение оптимального температурного режима зоны VRM

При установке на материнскую плату мощных многоядерных процессоров, майнинге на CPU, зона VRM должна обязательно иметь радиаторы. В крайнем случае, на полевики материнки можно наклеить термопроводящим скотчем маленькие радиаторы, купленные на Banggood. При этом нужно обязательно периодически контролировать температуру MOSFET-ов, так как при выходе их из строя может сгореть и дорогостоящий процессор.

Для контроля температуры можно использовать программы типа HWiNFO, либо бесконтактные инфракрасные измерители температуры/тепловизоры. Температура самых горячих компонентов зоны VRM не должна превышать 80 градусов. Кратковременно они могут выдерживать и сто градусов по Цельсию, но в режиме 24/24 это быстро приведет к их выходу из строя. Кроме VRM нужно контролировать температур чипсета (на нем должен быть установлен маленький радиатор), и, естественно, самого процессора.

Поддержание оптимальной температуры положительно сказывается не только на продолжительности бесперебойной работы, но и на экономичности, так как транзисторы работают с большей эффективностью, что немаловажно при майнинге.

В летнее время для уменьшения температуры зоны VRM стоит уменьшить количество ядер процессора, задействованных в майнинге, либо вообще отключать его во время полуденной жары. Если не удается понизить температуру VRM на материнской плате ниже 70 градусов, стоит установить дополнительный вентилятор, обдувающий эту зону.

Источник

990x.top

Простой компьютерный блог для души)

Максимальная температура VRM материнской платы

Приветствую друзья. Поговорим немного о температуре материнской плате, а точнее о температуре VRM, ведь сама материнка греться не может — только компоненты на ней (чипы).

Максимальная температура VRM материнской платы

Температура VRM при обычной работе ПК нежелательно чтобы повышалась более чем на 50 градусов.

Максимально допустимая температура — 100 градусов, после которой могут быть необратимые последствия. Но и 100 градусов при продолжительной работе — тоже приведут к проблеме.

В играх она может достигать 70, если выше — то уже плохо, во-первых выше 90 может быть деградация не самого качественного текстолита, выше 100 — могут плавиться медные дорожки, но это еще зависит от платы. В любом случае высокая температура — зло.

Посмотреть температуру VRM лучше всего в программе AIDA64:

Но AIDA64 может и не показывать датчик VRM — это еще зависит от самой материнской платы. Возможно если нет датчика, то стоит обратить внимание на температуру системной платы (а ее также можно посмотреть в BIOS).

В основном греются только мосфеты, и при это могут греться так, что прикоснуться нельзя. В таком случае — нужен обдув, иначе это просто уменьшит срок службы платы.

VRM — что это?

Это несколько модулей, которые обеспечивают преобразование 12 вольт от блока питания в куда меньшее напряжение, которое нужно процессору.

Кстати процессору нужно всего 1.5 вольт, но чтобы они были стабильные, без скачков и перепадов.

VRM располагается слева от сокета (или над ним).

Вообще VRM — важная вещь, эта система питает процессор, обеспечивает его постоянным током, который должен быть качественным. И в принципе все хорошо — простые процессоры, офисные, которые имеют 2 или 4 ядра — особо нетребовательные. Но если брать топовый процессор, то если его установить на плату со слабым VRM — при максимальных нагрузках могут быть вылеты, выключения ПК.

Вообще VRM — это не одно какое-то устройство, а несколько:

Вот пример, когда элементы VRM имеют качественное охлаждение + радиатор есть на чипсете:

Разумеется такие платы стоят дороже, но если вы собираетесь разгонять процессор — то не стоит жалеть денег на плату. Даже если вы будете ставить топовый многоядерный проц, то ставить его на дешевую плату, которая даже в характеристиках поддерживает модель проца — поверьте, не стоит.

Работа ПК при высокой температуре

Заключение

В основном конечно главное мы выяснили:

Вообще, если вам ваш ПК дорог, то стоит вручную установить обдув VRM (между гнездом процессора и портами платы). На самом деле это не сложно, а снизить температуру и увеличить срок службы материнки — вполне возможно.

Надеюсь информация оказалась полезной, удачи и добра, до новых встреч друзья!

Источник

Что такое VRM на материнской плате?

Всем привет! Сегодня обсудим VRM на материнской плате — что это такое, где находится, как работает, за что отвечает и влияет ли на производительность компьютера.

Вы, вероятно, уже знаете, но возьму на себя смелость напомнить, что блок питания отвечает за преобразование переменного тока в постоянный, подавая на системную плату напряжение 12 Вольт. Однако его потребляют не все компоненты: например, CPU для работы требуется всего полтора вольта.

Со стороны пользователя не нужно никаких телодвижений, кроме как правильно подключить блок питания при сборке компа. За распределение энергии и стабильную ее подачу на ЦП отвечает ВРМ, модуль регулировки напряжения.

Это зона, которая находится вокруг сокета процессора — не отдельный модуль, а набор контроллеров, дросселей и конденсаторов, что дают в итоге ток необходимой силы.

Важное условие: цепи питания должны подавать электроэнергию без скачков напряжения, иначе возможен выход из строя деликатной начинки ПК.

Еще эти элементы называют по-другому фазой питания. Проходя через нее, энергия передается на комплектующие в виде импульса, то есть порционно. Чтобы сгладить возможные скачки, принято использовать сразу несколько фаз.

В среднем, на современных системных платах количество цепей питания, выравнивающих напряжение, от 4 до 8, чего вполне достаточно. Импульсы смещены один относительно другого таким образом, чтобы на выходе было стабильное напряжение необходимой величины.

Также надо добавить, что ВРМ для подачи «ровного» тока на центральный процессор, но и в видеокарте для выравнивания подаваемой на графический процессор энергии. Хотя принцип его работы несколько отличается от ЦП, требования относительно стабильного тока те же, а скачки могут привести к серьезной поломке.

Выход из строя одного из компонентов ВРМ приводит к тому, что на процессор не подается ток необходимой силы. Соответственно, компьютер и не включится, пока не будет выполнен ремонт.

Советую почитать на эту тему статьи « Температура VRM материнской платы » и « Как узнать температуру VRM системной платы ». Буду признателен, если вы поделитесь этой статьей в социальных сетях. До скорого!

Источник

Что такое gpu vrm1 и vrm2 в показателях видеокарты?

При просмотре температурных показателей видеокарты в Aida64 или иных специализированных программах, можно обратить внимание на наличие датчиков GPU VRM1 и GPU VRM2 напротив которых также отображаются температуры, которые в нагрузке могут сильно превышать температурные показатели центрального процессора и видеочипа.

Показатели температуры в Aida64

В данной статье мы расскажем о том что это такое и температуру чего они показывают.

VRM1 и VRM2 на видеокарте

Под данными обозначениями на видеокарте располагаются транзисторы системы питания видеокарты от которых запитаны графический чип и видеопамять. Если посмотреть на текстолит видеоадаптера без системы охлаждения, то VRM 1 и VRM 2 показывают температуры этих элементов:

Система питания видеокарты

Чем мощнее видеокарта, тем их больше. Очень хорошо, когда эти транзисторы имеют свое собственное охлаждение в виде отдельного радиатора или отдельной тепловой трубки, заведенной на основной радиатор охлаждения.

Отдельный радиатор охлаждения системы питания видеокарты

Вывод

При просмотре температуры видеокарты показатели GPU VRM1 и GPU VRM2 отображают температуру силовых транзисторов системы питания видеочипа и видеопамяти. Чем она ниже – тем лучше. Показатель в 65 градусов под нагрузкой считается хорошим.

Источник

реклама

«Зачем выбирать качественную материнскую плату, если эти деньги лучше потратить на SSD диск или добавить еще одну планку оперативной памяти? А что мне даст дорогая материнка? Все равно я сильно гнать не буду. Для стрима и так сойдет!» И бегом за платой в магазин. Что в итоге? Железка за 9-10 тысяч рублей и условная сумма сэкономленных и таких вожделенных рублей в кармане на ништячки или процессор «подороже взять». Но удастся ли на такой сборке получить всю «мощь» простого шестиядерного процессора «подороже» с тепловыделением в 95 ватт? Осторожно, спойлер: нет. И вот почему.

TUF уже не тот

Для сборки игрового компьютера 2018 года были подобраны следующие основные комплектующие:

На момент покупки, этот набор не выходил за рамки среднего бюджета для нормального игрового компьютера (60-70 тысяч рублей, учитывая завышенные цены на видеокарты). На выбор материнской платы повлиял ограниченный бюджет, а также желание выпрыгнуть из сегмента совсем недорогих материнок, у которых отсутствует множество необходимых настроек и функций для точной отстройки системы (а это один из критериев, так как игровой компьютер позволяет играть не только в GTA V, но и в разгон процессора, памяти, подбор таймингов). После долгих поисков и отсутствия толковой информации на момент выхода платформы Coffee Lake, пришлось положиться на «чуйку» и купить плату из этой линейки. Что было дальше?

реклама

Когда игры надоели

Появилось желание тонко настроить работу компьютера. А причиной тому стала нехватка производительности графической подсистемы в таких играх, как Assassin’s Creed Origins и Odyssey.

Настройка системы началась с разгона видеокарты, что хоть и повлияло положительно на количество кадров, но стабильности и плавности не добавило.

реклама

Затем настройка памяти (разгон по частоте и подбор таймингов). Это сильно улучшило ситуацию, в играх пропали фризы, график кадров стал плавным, и во всех играх немного подтянулась производительность.

Перегрев

реклама

Температура VRM (выделено красным) зашкаливает и успевает добраться до 105° градусов прежде, чем пройдет первый прогон теста. И это на стоковом процессоре! Вот где собака зарыта. Разбираем компьютер.

Под капотом

удивляемся «отличному» прижиму радиатора к транзисторам! На фото видно, как все это время радиатор охлаждал лишь три верхних мосфета, тогда как остальные проходили подготовку к работе в экстремальных температурных условиях. Закалялись, никак иначе! Видимо, так и должны работать технологии TUF, которые производитель называет сочетание качества, по-военному надежной элементной базы и строгого дизайна. Но к надежности претензий и правда нет. Плата проработала в таком режиме больше года и работает по сей день. А вот к качеству все-таки будут вопросы.

Исправляем Fuf на TUF

Разумеется, такой расклад мало кого обрадует. Надо исправлять ситуацию. Смотрим на радиатор и отпечатки на термопрокладках:

О, да тут все еще ужаснее. Три транзистора хоть и прилегали к радиатору, да только наполовину. Ну это точно Military Class.

Подробное изучение крепежной системы радиатора показало, что проставочные шайбы не просто слишком высоки для термопрокладки данной толщины (или термопрокладка слишком тонкая с завода), но еще и отличаются по вылету на 0.2-0.3 мм, что становится еще серьезнее с увеличением расстояния между ними:

Пришлось выровнять шайбы по размеру, а также снять примерно по 0.5 мм с каждой, чтобы прижим был сильнее:

В итоге получаем следующее:

Термоинтерфейс

Из-за отсутствия подходящей толщины, пришлось пойти на хитрость и добавить от себя немного технологий TUF, соединив две миллиметровых Artic Cooling в одну, толщиной уже 2 мм. Швейцарцы прославились народной МХ-4, попробуем и «жвачку» их производства:

Итог

В результате этой заварушки, нам удалось восстановить доброе имя TUF и снизить температуру VRM аж на 30°, и это после 5 прогонов в LinX без обдува радиаторов питания!

Вот теперь это и правда TUF. Хотя. Больше 70 градусов на стоковом процессоре о шести ядрах, да без 12 потоков? После разгона до 5 Ггц температуры точно перепрыгнут отметку в 90 градусов. Это заставляет задуматься о целесообразности покупки такой материнской платы даже для процессора среднего уровня, не говоря уже о линейке Core i7 и уж тем более Core i9. Что там Intel говорили об усиленной системе питания для процессоров Coffee Lake на Z370?

Источник

Внутри материнской платы: анализ технологий, лежащих в основе компонентов ПК

Сейчас уже едва ли не у каждого дома, на работе или на учебе есть свой настольный ПК. Кто-то использует его для составления налоговых деклараций, кто-то для гейминга, а кто-то и сам собирает компьютеры. Но насколько хорошо вы знакомы с компонентами, что находятся внутри ПК? Возьмем, к примеру, скромную материнскую плату: она ​​сидит себе там, внутри, тихо поддерживает все в рабочем состоянии и редко получает столько же внимания, как, скажем, процессор или видеокарта.

Однако материнские платы не менее важны для работы компьютера — и имеют не менее впечатляющую начинку. Давайте же посмотрим, что находится у них внутри, изучим их, проанализируем, декомпозируем и узнаем, за что отвечает каждый бит.

Итак, начнем

А начнем мы с того, какую роль в ПК выполняет материнская плата. По сути, она служит для:

Обеспечения компонентов электропитанием;

Обеспечения маршрутов для связи компонентов между собой.

Есть у нее и другие функции — например, на нее монтируются элементы, а также обеспечивается обратная связь о работе всей системы, — но то, о чем мы говорили выше, имеет решающее значение для работы ПК, ведь почти любая часть, составляющая материнскую плату, так или иначе связана именно с этим.

Почти все материнские платы для стандартных ПК имеют разъемы для центрального процессора (ЦП), модулей памяти (обычно типа DRAM), дополнительных плат расширения (таких как видеокарта), устройств хранения, блоков ввода/вывода, а также средств связи с другими компьютерами и системами.

Существуют отраслевые стандарты по размерам материнских плат, которых придерживаются одни производители и не придерживаются другие (но их гораздо меньше). Вот основные из них:

Standard ATX — 12 × 9,6 дюйма (305 × 244 мм);

Micro ATX — 9,6 × 9,6 дюйма (244 × 244 мм);

Mini ATX — 5,9 × 5,9 дюйма (150 × 150 мм).

Более полный список можно найти в Википедии, но для простоты мы будем придерживаться Standard ATX, ведь различия чаще всего заключаются в количестве разъемов, доступных для питания и подключения, — материнская плата большего размера позволяет использовать больше разъемов.

Но что же такое материнская плата?

Материнская плата — это просто большая печатная плата с множеством разъемов для подключения устройств и сотнями, если не тысячами сантиметров электрических линий, их соединяющих. Теоретически, она не так уж и нужна: все это можно соединить при помощи множества проводов. Однако производительность в таком случае оставит желать лучшего, ведь сигналы будут мешать друг другу, и возникнут заметные потери мощности.

Начнем разбор с типичной материнской платы ATX. Ниже изображена плата Asus Z97-Pro Gamer, внешне и функционально не сильно отличающаяся от десятков ей подобных.

Проблема этого фото заключается в том (помимо того, что материнская плата… скажем так, не новая), что на нем слишком много деталей, и это мешает четкому пониманию, что есть что. Поэтому взглянем на упрощенную схему, изображенную ниже.

Гораздо лучше и понятнее, не так ли? По ней видно, сколько в материнской плате всяких коннекторов и разъемов, о которых стоит поговорить. И начнем мы по порядку, с самого важного, сверху вниз.

Подключаем мозг к ПК

На схеме выше мы видим структуру, имеющую обозначение LGA1150. Это обозначение используется в Intel для разъема, предназначенного для подключения различных процессоров. LGA здесь означает Land Grid Array — распространенный тип технологии упаковки центральных процессоров и других чипов.

Системы LGA имеют множество маленьких контактов на материнской плате или в разъеме для обеспечения питания и связи с процессором. Выглядят они так:

Металлический фиксатор помогает закрепить ЦП на месте, но мешает рассмотреть контакты, так что уберем его:

Помните, что это? LGA1150. 1150 здесь указывает на количество выводов в разъеме, и у других материнских плат оно может отличаться. Чем выше производительность ЦП (с точки зрения количества ядер, объема кэш-памяти и т. д.), тем больше контактов будет в разъеме. Большая их часть используется для обмена данными со следующей важной частью материнской планы.

Большому мозгу — большая память

Ближе всего к ЦП находятся те слоты, что содержат модули DRAM, или системную память. Они подключены напрямую к процессору и больше ни к чему. Количество слотов DRAM зависит в основном от ЦП, ведь контроллер памяти встроен именно в него.

В нашем примере ЦП в материнской плате имеет 2 контроллера памяти, каждый из которых оперирует 2 картами памяти, — всего 4 слота DRAM. На материнской плате они окрашены так, чтобы вы знали, какие из них каким контроллером управляются. Обычно их называют каналами памяти.

Впрочем, в случае этой материнской платы цветовая маркировка может сбивать с толку: два черных слота обрабатываются каждый своим контроллером, и то же самое для серых. Черному слоту, ближайшему к ЦП, соответствует первый канал, а другому черному слоту — второй. Это сделано для того, чтобы материнскую плату чаще использовали в так называемом двухканальном режиме: при одновременном использовании обоих контроллеров повышается общая производительность системы памяти.

Допустим, у вас есть два модуля ОЗУ по 8 ГБ каждый. Независимо от того, в какие слоты вы их вставите, у вас всегда будет в общей сложности 16 ГБ доступной памяти. Однако, если оба модуля поместить только в черные или только в серые слоты, ЦП будет иметь два пути доступа к этой памяти. Но если поступить иначе и использовать слоты разных цветов, система будет вынуждена обращаться к памяти только с помощью одного контроллера памяти. Учитывая, что он может управлять только одним маршрутом за раз, нетрудно понять, как при этом изменится производительность.

При такой комбинации ЦП и материнской платы используются микросхемы DDR3 SDRAM (синхронная динамическая память с произвольным доступом с версией 3 двойной скорости передачи данных), и каждый слот может содержать один SIMM или DIMM. «IMM» обозначает X—рядный модуль памяти (In-line Memory Module); S и D указывают на то, заполнена ли чипами одна или две стороны модуля (Single или Dual, соответственно).

Вдоль нижнего края модуля памяти располагаются позолоченные разъемы для питания и обмена данными. Всего их у этого типа памяти 240 — по 120 с каждой стороны.

Одинарный модуль DIMM DDR3 SDRAM

Модули большего размера располагают большей памятью, но конфигурация имеет ограничения по контактам на ЦП (почти половина из 1150 контактов в этом примере предназначена для обмена данными с модулями памяти) и пространству для электрических дорожек на материнской плате.

Обычно производители придерживаются 240 контактов в модулях памяти, и нет никаких признаков того, что в ближайшее время это изменится. Чтобы улучшить производительность памяти, с каждой новой версией просто увеличивается скорость чипов. В нашем примере каждый из контроллеров памяти ЦП может отправлять и получать 64 бита данных за такт. Таким образом, с двумя контроллерами карты памяти будут иметь 128 контактов, предназначенных для обмена данными. Так почему же их именно 240?

Каждый чип в DIMM (всего их 16 — по 8 на каждую сторону) может передавать 8 бит за такт. Это означает, что каждому чипу требуется 8 контактов только для передачи данных; однако пара чипов использует одни и те же выводы, поэтому только 64 из 240 отвечают за обмен данными. Остальные 176 контактов необходимы для синхронизации и передачи адресов данных (места расположения данных в модуле), управления микросхемами и обеспечения их электроэнергией. Так вы можете убедиться, что наличие более 240 контактов не обязательно улучшит ситуацию.

ОЗУ — не единственное, что подключено к процессору

Для повышения производительности системная память подключена напрямую к центральному процессору, но на материнской плате есть и другие разъемы, подключенные примерно так же и в тех же целях. Они используют технологию подключения PCI Express (сокращенно PCIe), и каждый современный ЦП имеет встроенный контроллер PCIe.

Эти контроллеры могут обрабатывать несколько соединений (обычно называемых линиями), даже несмотря на то, что это система «точка-точка» — что означает, что линии в разъеме не используются совместно с каким-либо другим устройством. В нашем примере контроллер PCI Express имеет 16 линий.

На изображении ниже показаны 3 разъема: два верхних — это PCI Express, нижний — гораздо более старая система под названием PCI (родственная PCIe, но намного медленнее). Маленький слот сверху, обозначенный как PCIEX1_1, имеет одну линию; тот, что ниже, — 16 линий.

Если вы проскроллите вверх и снова взглянете на материнскую плату целиком, вы увидите, что у нас есть:

2 разъема PCI Express на 1 линию;

3 разъема PCI Express на 16 линий;

Но если у контроллера ЦП всего 16 линий, то что тогда происходит? Прежде всего, к процессору подключены только PCIEX16_1 и PCIEX16_2, а третий и два однолинейных подключены к другому процессору на материнской плате (подробнее об этом чуть позже). Кроме того, если задействованы оба разъема на 16 линий PCIe, ЦП выделит каждому только по 8 линий. Это типично для всех современных процессоров: количество линий у них ограничено, и по мере того, как к ЦП подключается все больше устройств, на каждое выделяется все меньшее число линий.

Различные конфигурации процессора и материнской платы имеют собственные способы решения этой проблемы. Например, материнская плата Gigabyte B450M Gaming имеет один разъем PCIe на 16 линий, один PCIe на 4 линии и один M.2, использующий 4 линии PCIe. Поскольку ЦП имеет всего 16 линий, использование любых двух разъемов одновременно приведет к тому, что самый большой слот, 16-тилинейный, будет ограничен всего до 8 линий.

Так что же использует такие разъемы? Наиболее распространенные варианты:

16 линии — видеокарта;

4 линии — твердотельные накопители (SSD);

1 линия — звуковые карты и сетевые адаптеры.

На изображении выше четко видна разница в разъемах. Видеокарта имеет более длинную полосу на 16 линий по сравнению с небольшой однополосной звуковой картой. У последней гораздо меньше данных для передачи, чем у первой, поэтому ей не нужны все эти дополнительные линии.

В нашем примере с материнской платой гораздо больше разъемов и соединений, которыми нужно управлять, поэтому в помощь центральному процессору существует дополнительный процессор.

Теперь двинемся через мост на юг

Глядя на материнские платы 15-тилетней давности, можно заметить, что в них было встроено два дополнительных чипа для поддержки процессора. Вместе они назывались набором микросхем, а по отдельности — чипами северного (NB) и южного моста (SB). Первый обрабатывал системную память и видеокарту, второй — данные и инструкции для всего остального.

На фото выше показана материнская плата ASRock 939SLI32, где четко видны микросхемы NB и SB. Они обе скрыты под алюминиевыми радиаторами, но ближайшая к разъему ЦП в середине изображения — это и есть северный мост. Спустя несколько лет после выхода этой платы и Intel, и AMD откажутся от использования NB и выпустят продукты, в которых NB интегрирован в ЦП. Южный мост, однако, остается отдельным, и, скорее всего, это не изменится в обозримом будущем. Интересно, что оба производителя процессоров перестали называть его SB и теперь часто зовут его просто чипсетом (собственное название Intel — PCH, блок контроллеров платформы) несмотря на то, что это один чип.

В нашем более современном примере от Asus SB также покрыт радиатором, поэтому давайте снимем его и взглянем на дополнительный процессор.

Этот чип представляет собой усовершенствованный контроллер, поддерживающий разные типы и количество подключений. В частности, у нас есть Intel Z97, выполняющий следующие функции:

8 линий PCI Express (версия 2.0 PCIe);

14 портов USB (6 для версии 3.0, 8 для версии 2.0);

Также он имеет встроенный сетевой адаптер, звуковой чип, выход VGA и целый ряд других систем синхронизации и управления. В других материнских платах могут использоваться другие более простые или наоборот — расширенные наборы микросхем (например, с большим числом линий PCIe), но в целом обычно они аналогичны друг другу.

В данном случае это процессор, обрабатывающий слоты PCIe с одной линией, третий слот с 16 линиями и слот M.2. Как и многие новые чипсеты, он обрабатывает все эти различные соединения с помощью набора высокоскоростных портов, которые можно переключить на PCI Express, USB, SATA или сетевое соединение, в зависимости от того, что подключено в данный момент. Это, к сожалению, накладывает ограничение на количество устройств, подключенных к материнской плате, несмотря на наличие всех этих разъемов.

В случае нашей материнской платы Asus порты SATA (используемые для подключения жестких дисков, DVD-приводов и т. д.) из-за этого ограничения сгруппированы так, как показано выше. Блок из 4 портов посередине использует стандартные SATA-соединения чипсета, тогда как два слева используются некоторые из этих высокоскоростных соединений. Так что, если вы используете те, что слева, на чипсете будет меньше соединений для других разъемов. То же самое и с портами USB 3.0. В них есть поддержка до 6 устройств, но 2 порта обязательно будут подключены к высокоскоростным соединениям.

Разъем M.2, используемый для подключения SSD-накопителя, также использует быструю систему (вместе с третьим слотом PCI Express на 16 линий на этой материнской плате); однако в некоторых комбинациях ЦП и материнской платы разъемы M.2 подключаются непосредственно к ЦП, поскольку многие новые продукты имеют более 16 линий PCIe.

Слева на нашей материнской плате есть ряд разъемов, обычно называемых блоком ввода/вывода, и в данном случае микросхема южного моста обрабатывает только некоторые из них:

Разъем PS/2 — для клавиатур и мышей (сверху слева);

Разъем VGA — для недорогих и устаревших мониторов (сверху посередине);

Порты USB 2.0 — черные (снизу слева);

Порты USB 3.0 — синие (снизу посередине).

Встроенный графический процессор ЦП обрабатывает разъемы HDMI и DVI-D (внизу в центре), а остальные управляются дополнительными микросхемами. На большинстве материнских плат есть множество дополнительных маленьких процессоров для управления всевозможными разъемами, поэтому давайте взглянем на некоторые из них повнимательнее.

Дополнительные фишки для дополнительной помощи

У ЦП и чипсетов существуют свои ограничения по поддержке и подключению к тем или иным устройствам, поэтому большинство производителей материнских плат предлагают продукты с дополнительными функциями благодаря использованию других интегральных схем — например, для предоставления дополнительных портов SATA или для подключения старых устройств.

Рассматриваемая нами материнская плата Asus не исключение. Например, микросхема Nuvoton NCT6791D обрабатывает все маленькие разъемы для кулеров и датчики температуры на плате. Расположенный рядом процессор Asmedia ASM1083 управляет двумя устаревшими разъемами PCI, поскольку у чипа Intel Z97 такой возможности нет.

Хоть у чипсета Intel и есть встроенный сетевой адаптер, но он нагружает столь драгоценные высокоскоростные соединения, поэтому Asus добавила еще один чип Intel (I218V) для управления красным разъемом Ethernet, который мы видели в блоке ввода/вывода. На изображении выше не видно, насколько мал этот чип: его площадь составляет всего 0,24 дюйма (6 мм).

Серебряный металлический овал поблизости — это разновидность кварцевого генератора. Он нужен для создания низкочастотных сигналов для синхронизации сетевого чипа.

Кроме того, чипсет Intel имеет независимый звуковой процессор, появившийся по тем же причинам, по которым Asus добавила отдельный сетевой чип и почему большинство людей добавляют отдельную видеокарту для замены встроенного графического процессора в ЦП. Другими словами, дополнительный чип зачастую выступает решением лучшим, чем встроенный.

Но не все дополнительные микросхемы на материнской плате предназначены для замены интегрированных — многие их них нужны для управления или контроля за работой платы в целом.

Эти маленькие микросхемы представляют собой переключатели PCI Express и помогают процессору и южному мосту управлять 16-линейными разъемами PCIe, когда им необходимо распределить полосы между несколькими устройствами.

Материнские платы с возможностью разгона процессоров, чипсетов и системной памяти теперь стали обычным явлением, и многие из них поставляются с дополнительными интегральными схемами для управления этими функциями. В нашем примере платы, выделенной красным, Asus использует собственную конструкцию, называемую TPU (TurboV Processing Unit), которая регулирует тактовые частоты и напряжения.

Маленькое устройство Pm25LD512 рядом с ней, выделенное синим цветом, представляет собой микросхему флэш-памяти, которая хранит настройки тактирования и напряжения, когда материнская плата выключена, поэтому вам не нужно заново перенастраивать их каждый раз при включении ПК.

На каждой материнской плате есть по крайней мере одно устройство флэш-памяти, и оно предназначено для хранения BIOS (базовой операционной системы инициализации оборудования, которая запускает все перед загрузкой Windows, Linux, macOS и т. д.).

Этот чип Winbond имеет объем памяти всего 8 МБ, но этого более чем достаточно для хранения всего необходимого ПО. Этот вид флэш-памяти имеет очень малое энергопотребление при использовании и надежно хранит данные в течение десятилетий.

При включении ПК содержимое флэш-памяти копируется непосредственно в кэш ЦП или системную память, а затем запускается оттуда. Единственное, с чем это не сработает, — это время.

Эта материнская плата, как и любая другая, использует элемент CR2032 для питания простой схемы синхронизации, которая отслеживает данные и время. Конечно, заряд его не вечен, и как только он разрядится, материнская плата установит время/дату по умолчанию из данных во флэш-памяти.

Кстати о питании — для него тоже есть отдельные разъемы.

Игорь, принеси мне питание!

Чтобы обеспечить материнскую плату и подключенные к ней устройства необходимым напряжением, блок питания (PSU) имеет ряд стандартных разъемов. Основной из них — 24-контактный разъем ATX12V версии 2.4.

Величина тока зависит от блока питания, но промышленные стандарты напряжения составляют +3,3, +5 и +12 В.

Основная часть питания ЦП поступает от 12-вольтных контактов, но для современных высокопроизводительных систем этого недостаточно. Чтобы обойти эту проблему, существует дополнительный 8-контактный разъем питания, обеспечивающий еще четыре 12-вольтных линии.

Провода от блока питания имеют цветную маркировку, позволяющую определить, для чего предназначен каждый провод, но разъемы на материнской плате мало о чем вам говорят. Вот схема двух разъемов на плате:

Линии +3,3, +5 и +12 В подают питание на различные компоненты на самой материнской плате, а также ЦП, DRAM и любые устройства, подключенные к разъемам, таким как USB-порты или PCI Express. Однако все, что использует порты SATA, требует питания непосредственно от блока питания, а разъемы PCI Express могут обеспечить мощность только до 75 Вт. Если устройству требуется больше энергии, например, как многим видеокартам, то их также необходимо подключить напрямую к блоку питания.

Однако есть и более серьезная проблема, чем наличие достаточного количества выводов на 12 В: процессоры не работают от этого напряжения.

Например, процессоры Intel, совместимые в нашей материнской платой Asus Z97, работают с напряжением от 0,7 до 1,4 В. Это не фиксированное напряжение, поскольку современные процессоры меняют его для экономии энергии и уменьшения нагрева, и в спящем режиме процессор может потреблять менее 0,8 В. Затем, когда все ядра полностью загрузятся и начнут свою работу, оно возрастает до 1,4 В и более.

Блоки питания предназначены для преобразования сетевого переменного напряжения (110 или 230 В в зависимости от страны) в фиксированное постоянное, поэтому необходимы дополнительные цепи для его снижения. Такие схемы называются модулями регулирования напряжения (VRM), и их несложно найти на любой материнской плате.

Каждый VRM обычно состоит из 4 компонентов:

2 MOSFET — сильноточные управляющие транзисторы (синие);

1 дроссель (фиолетовый);

1 конденсатор (желтый).

Подробнее о том, как они работают, можно узнать на Wikichip, мы лишь кратко упомянем несколько моментов. Каждую VRM принято называть фазой, и требуется несколько фаз, чтобы обеспечить достаточный ток для современного процессора. Наша материнская плата имеет 8 VRM, называемых 8-фазной системой.

VRM обычно управляются отдельной микросхемой, которая контролирует устройство и переключает модули в соответствии с требуемым напряжением. Такие схемы называются многофазными контроллерами широтно-импульсных модуляторов; Asus именует их EPU. Такие вещи сильно нагреваются при работе, поэтому их часто накрывают металлическим радиатором, который помогает рассеивать ненужную энергию.

Даже стандартный настольный процессор, такой как Intel i7-9700K, может потреблять ток более 100 А при полной загрузке. VRM очень эффективны, но они не могут изменять напряжение без потерь. Принимая во внимание большой ток потребления, вы получаете отличное устройство для гриля.

Если снова взглянуть на фотографию нашей платы, можно увидеть пару VRM для модулей DRAM, но, поскольку напряжения там гораздо меньше, чем на ЦП, они не так сильно нагреваются (и поэтому радиатор не нужен).

И прочие назойливые мелочи

Последние разъемы, о которых стоит упомянуть, — это те, которые отвечают за основные функции материнской платы и подключение дополнительных устройств или расширений. На фото ниже показан основной блок элементов управления, индикаторов и контактов динамика:

Здесь у нас есть:

1 «мягкий» выключатель питания;

1 кнопка сброса;

2 светодиодных разъема;

1 разъем для динамика.

Переключатель питания называется «мягким», потому что он фактически не включает и не выключает материнскую плату — вместо этого схемы на плате контролируют напряжение на двух контактах переключателя, и когда они соединяются вместе (т. е. закорачиваются), материнская плата либо включается, либо выключается в зависимости от ее текущего состояния. То же самое относится и к кнопке сброса с той лишь разницей, что здесь материнская плата всегда отключается и сразу же снова включается.

Строго говоря, кнопка сброса, светодиодные индикаторы и разъемы динамиков не являются абсолютно необходимыми, но они помогают обеспечить базовое управление и информацию о плате.

Большинство материнских плат имеет аналогичный набор дополнительных разъемов, как показано выше — слева направо:

Разъем аудиопанели — если в корпус ПК встроены разъемы для наушников/микрофона, то их можно подключить к встроенному звуковому чипу;

Цифровой аудиоразъем — такой же, как и обычный аудиоразъем, но для S/PDIF;

Перемычка сброса BIOS — позволяет сбросить BIOS до заводских настроек. Также за ним спрятан разъем термозонда;

Разъем Trusted Platform Module — используется для повышения безопасности материнской платы и системы.

Разъем последовательного порта (COM) — древний интерфейс. Кто-нибудь вообще им пользуется? Кто-нибудь?

Также наклеены, но не показаны, разъемы для кулеров и дополнительных USB-портов. Не каждая материнская плата поддерживает все это, но многие.

Соединяя все вместе

Прежде чем мы закончим наш анализ, давайте кратко поговорим о том, как все эти устройства и разъемы связываются между собой.

Мы уже упоминали линии. Проще говоря, это небольшие медные полоски. Ниже они показаны окрашенными в черный цвет для лучшего вида. Однако это лишь небольшое количество видимых проводников — остальные зажаты между несколькими слоями, составляющими полную печатную плату.

Простые и дешевые материнские платы могут иметь только 4 слоя, но сегодня большинство из них имеет 6 или 8 — однако добавление большего количества слоев не улучшает ситуацию автоматически. Нужно уметь их правильно расположить, и важно держать их разделенными и изолированными, чтобы они не мешали друг другу.

Разработчики материнских плат используют для этого специальное ПО. Однако опытные инженеры часто вручную корректируют компоновку, основываясь на предыдущем опыте. Следующее видео наглядно показывает, как происходит трассировка линий на печатных платах.

Поскольку материнские платы — это же просто большие печатные платы, можно создать свои собственные, и, если вы хотите понять, как это сделать, этот отличный туториал по изготовлению печатной платы вам в помощь.

Разумеется, производство материнских плат в промышленных масштабах — это совсем другая история, и чтобы понять, насколько все это сложно, можно посмотреть два видео ниже. Первое — о том, как в целом проектируются и производятся печатные платы. Второе показывает основной процесс сборки типичной материнской платы. Наслаждайтесь!

В заключение

Вот и все: анализ материнской платы современного настольного ПК завершен. Это большие, сложные печатные платы со множеством процессоров, переключателей, разъемов и микросхем памяти. В них так много интересных технологий, но мы часто забываем о них, поскольку даже не обращаем внимания.

Источник