Фази живлення процесора - що це
Що таке фази харчування
Щоб знати, про що власне мова, давайте звернемося до фотографії материнської плати, вірніше, до частини її, розташованої біля процесорного сокета. Ось типова картина того, що можна побачити на будь-який платі.
Якщо розглядати устрій кожної фази харчування, то можна виділити кілька блоків за своїм призначенням.
Всі позначення поступово стануть зрозумілі.
Отже, що це таке? Сучасні блоки живлення (БП) видають напруги ± 12 В, ± 5 В і ± 3.3 В. Однак сучасним процесорам необхідно набагато менше - близько одного вольта, відхиляючись в ту чи іншу сторону в залежності від навантаження. При цьому, якщо подивитися на специфікації процесора, ми знайдемо такий параметр, як «Розрахункова потужність» (він же TDP - розрахункова теплова потужність). В даному випадку це величина, що відноситься до системи охолодження, яка повинна справлятися з такою тепловою потужністю. Це значення не еквівалентно енергоспоживанню процесора, тим більше воно змінюється в залежності від навантаження і нагрівання, але дуже близько до нього.
Так, якщо звернутися до специфікації процесора Intel Core i7-7700, то розрахункова потужність становить 65 Вт. У нашому випадку не так важливо, скільки точно споживає даний процесор. Просто припустимо, що його енергоспоживання і становить 65 Вт.
Значить, система живлення процесора повинна забезпечити підведення такої потужності. Т. к. Готового напруги від блоку живлення ми не отримуємо, значить, доведеться підготувати потрібну його значення. Для цього і служить система живлення CPU.
Пристрій і принцип дії
В якості вихідного напруги береться +12 В, яке надходить безпосередньо від використовуваного БП. Тепер треба виконати перетворення, знизивши напругу до потрібного значення. Цим займається VRM (Voltage Regulation Module - модуль регулювання напруги).
Сам VRM складається з декількох частин, це:
- PWM-контроллер (ШІМ-контролер).
- Драйвер.
- MOSFET-транзистори.
- Дросель (індуктивність).
- Конденсатор.
Основним елементом, що управляє виступає PWM-контролер. (Нагадаю, що абревіатура PWM розшифровується як широтно-імпульсна модуляція - ШІМ). Він генерує прямокутні імпульси з встановленої частотою, амплітудою і шпаруватістю. Вони подаються на електронний ключ (драйвер).
Сам електронний ключ складається з пари MOSFET-транзисторів (n-канальні польові МОП-транзистори) під керуванням драйвера. Ці транзистори поперемінно відкриваються-закриваються таким чином, що при відкритті одного другий закритий. Один з транзисторів своїм стоком підключений до шини харчування 12 В, другий - витоком до загального проводу. Сигнал від PWM-контролера надходить на затвори, відкриваючи й закриваючи їх відповідно до частоти подаються сигналів.
Отриманий модульований сигнал з амплітудою 12 В надходить в LC-фільтр, т. Е. Через послідовно включений дросель (індуктивність) і паралельно підключений конденсатор, що є навантаженням. Виникає ЕРС індукції не дозволяє току зростати миттєво. В цей же час відбувається і заряд конденсатора. Після закриття електронного ключа та ж ЕРС забезпечує колишній напрям струму і не допускає різкого його зниження, допомагає і розряджає конденсатор.
Щоб не вдаватися в подробиці, скажу так: в кінцевому підсумку з імпульсного сигналу виділяється постійна складова, і на виході зі згладжує LC-фільтра отримуємо постійна напруга потрібного значення. Правда, вихідна напруга буде містити деякий рівень пульсацій щодо середнього значення.
Тим самим вихідний сигнал з кожного фільтра, що згладжує також зміщений по відношенню до іншого. Також зміщені будуть і пульсації вихідної напруги. Результуюча напруга буде мати вже набагато менший рівень пульсацій. І це одна з переваг саме багатофазних ланцюгів харчування - отримання більш стабільного рівня подається на процесор напруги.
Регулювання вихідної напруги
Сучасні процесори вимагають різної напруги харчування в процесі роботи. Залежить це від навантаження, і не забудемо про розгін, при якому також необхідно змінювати напругу, в даному випадку підвищувати його. Яким чином відбувається автоматичне регулювання?
PWM-контролер отримує необхідне значення напруги, зчитуючи спеціальний 8-бітний сигнал VID (Voltage Identifier), який може задавати до 256 рівнів напруги.
Знаючи необхідне значення, залишається його порівняти з тим, яке подається в навантаження. Для цього існує ланцюг зворотного зв'язку. Порівняння референсного напруги і того, яке лічено з навантаження, дозволяє визначити, чи потрібно змінити його рівень. Робиться це зміною шпаруватості PWM-імпульсів. Таким чином підтримується оптимальне напруга живлення процесора.
Чому не можна обійтися однією фазою
Одну з причин я вже назвав - згладжування пульсацій вихідної напруги. Є і ще як мінімум одна причина - потужність. Використовувані MOSFET-транзистори, конденсатори, дроселі мають межа по максимальному струму. Якщо взяти для приблизно CPU, що споживає 65 Вт при напрузі в 1 В, струм буде обчислюватися декількома десятками ампер.
Так, використовувані елементи можуть бути розраховані на струм до 30, 40 або більше ампер, але, швидше за все, це все одно буде менше максимального споживання електроенергії процесором. При цьому повинна бути можливість установки іншого процесора, у якого споживання може виявитися більше, наприклад, 95 Вт.
Для того, щоб гарантовано забезпечити запас потужності, і використовують кілька фаз. Тим самим заодно знижується навантаження на кожну з них і, відповідно, їх нагрівання. Це дає можливість використовувати велику кількість процесорів.
Скільки фаз дійсно необхідно? Скажімо так, від 4 до 8 залежно від процесора і при відсутності розгону. Цього більш ніж достатньо. Втім, більша їх кількість не так вже й погано, особливо при використанні потужних «каменів», та ще з розгоном. У розумних межах, звичайно.
Чи завжди фаза дійсно фаза
Але ж який використовується PWM-контроллер IR35201 - восьміфазний. Виходить, виробник плати бреше? Ні, ну може, трохи лукавить. Справа в тому, що дроселів, конденсаторів, електронних ключів дійсно 16. Тонкість в тому, що використовуються пристрої, які називаються дільниками, або ж двоканальні драйвери.
Відповідь - потужність. Дана плата гарантує підтримку процесорів з споживанням до 300 Вт! Розподіляючи навантаження по такій кількості фаз, вдається знизити проходить через кожну з них струм і, як результат, зменшити нагрів силових елементів, хоча все одно для охолодження використовується радіатор. У підсумку, на самому ділі це не 16-фазна система живлення, а 8-фазна по 2 канали в кожній. До речі, використовувані на згаданій материнської плати дроселі розраховані на струм до 60 А.
Можливий варіант без використання подільників. В такому випадку ставиться кілька PWM-контролерів, які працюють синхронно. Якщо використовувати вже згаданий восьміфазний IR35201, встановивши 2 таких на плату, то цілком можна отримати на виході 16 фаз. Майже чесних фаз, т. К. Тимчасового зсуву по всіх фазах не буде. За однією фазі від кожного PWM-контролера буде працювати синхронно, т. Е. Отримаємо 8 пар фаз без тимчасового зсуву керуючого сигналу. Строго кажучи, згладжування буде таке ж, як і при використанні 8 фаз, але ось потужність буде істотно вище.
Але ж можна знайти плати, в яких і по 24 фази ...
Висновок. Фази живлення процесора - що це
«Режим харчування порушувати не можна», говорив один мультяшний персонаж. І це харчування має бути не тільки якісним, але і подаватися без збоїв. Причому в перекладенні на комп'ютерний світ необхідно враховувати мінливі умови, при яких не тільки споживання процесора змінюється при різних ситуаціях, але і сам процесор може бути замінений більш ненажерливим.
- Наступна публікація Подмоклово. Храм Різдва Пресвятої Богородиці
- Попередня публікація Intel Optane Memory - що це