Vrm на материнской плате что это
Обновлено: 07.07.2024
VRM материнской платы, или модуль регулятора напряжения ( Voltage Regulator Module ), является важной, но недооцененной многими частью аппаратного обеспечения компьютера. Благодаря ряду электронных компонентов VRM обеспечивает стабильное питание вашего ЦПУ или ГПУ постоянным напряжением. Некачественная система VRM может привести к снижению производительности и ограничить способность процессора работать под нагрузкой. Это даже может привести к неожиданным отключениям, особенно в разгоне.
Как работает VRM?
Первая задача VRM состоит в том, чтобы понижать напряжение блока питания с 12 Вольт до необходимого значения. Для процессоров оно обычно составляет от 1,1 до 1,3 Вольт. Чувствительная электроника может с легкостью выйти из строя от излишнего напряжения. Точность имеет огромное значение при питании процессора. Необходимое напряжение должно подаваться постоянно, без просадок и завышений. Именно поэтому система VRM несколько точнее, чем просто кусок провода и резистор, однако в своей основе это все же понижающий преобразователь с высокой точностью.
В системе VRM для выполнения этой задачи используются три основных компонента: МОП-транзисторы ( их еще называет мосфетами, MOSFET ), катушки индуктивности ( дроссели ) и конденсаторы. Для управления этими элементами также применяется интегральная схема ( integrated circuit, IC ), которую еще иногда называют ШИМ ( PWM ) контроллером. Так выглядит упрощенная схема однофазного VRM:
БлокиVRM из нескольких фаз
Современные компьютеры требуют наличия более одной фазы VRM. Несколько фаз распределяют нагрузку по всей области платы, уменьшая выработку тепла и нагрузку на компоненты, а также обеспечивая другие электрические улучшения, связанные с эффективностью и стоимостью деталей.
Каждая фаза современных многофазных VRM систем обеспечивает часть необходимой мощности, поочередно питая процессора. Работая индивидуально, каждая фаза обеспечивает короткий импульс мощности, который можно визуализировать в виде волны прямоугольной формы.
ШИМ контроллер формирует импульсы для каждой из четырех фаз VRM, при этом одновременно работает только одна фаза. ШИМ контроллер формирует импульсы для каждой из четырех фаз VRM, при этом одновременно работает только одна фаза.Импульс каждой работающей фазы смещается относительно последней, так чтобы работала только одна фаза и общее напряжение никогда не менялось. В результате полученное напряжение будет иметь гораздо меньший уровень пульсаций, что крайне важно для правильной работы процессора. Именно в таком подходе и заключается основное преимущество многофазных цепей питания – более стабильный уровень подаваемого на процессор напряжения.
Количество фаз VRM и маркетинг
Производители обычно указывают в рекламных материалах количество фаз как «8+3» или «6+2». Первая цифра говорит нам о количестве фаз, выделенных для питания процессора, а вторая цифра указывает на фазы VRM, применяемые для питания остальных компонентов материнской платы, например, оперативной памяти.
На сайте производителя материнской платы указано наличие 10* фаз питания, что на самом деле является удвоенным количеством. На сайте производителя материнской платы указано наличие 10* фаз питания, что на самом деле является удвоенным количеством.Зачастую, когда первое число больше 8, например, «12+1» или «18+1», производитель использует удвоители. Удвоитель позволяет увеличивать преимущества существующих фаз, не добавляя дополнительных на плату. Хотя такой подход не настолько эффективен, как полностью раздельные фазы, он допускает некоторые улучшения при меньших затратах. И поскольку такой подход выглядит более привлекательно на бумаге, это позволяет производителям увеличить число заинтересованных покупателей.
Некоторые производители, также начали указыать фазы питания, соединенные параллельно, как если бы они являлись двумя независимыми фазами. На самом деле это означает, что одна фаза дублируется. Ее электрические сигналы синхронизируются, а не поступают в шахматном порядке, что не добавляет многих преимуществ настоящей, дополнительной фазы. Производители в свою очередь, зачастую готовы изменить определения слов, если это соответствует их целям.
Как VRM улучшает производительность?
Целью VRM является обеспечение бесперебойного и надежного питания процессора. Тем не менее, даже базовый блок VRM может обеспечить достаточную производительность для работы ЦПУ среднего уровня на стандартных частотах. При разгоне или превышении ограничений компонентов, качество VRM становится заметно более важным.
Энтузиасты вынуждены искать материнские платы с VRM, выполненным из надежных компонентов. Если детали невысокого качества, то они могут выдавать недостаточное напряжение под нагрузкой, что может привести к неожиданному отключению. Многие производители отмечают в своих рекламных материалах качественные конденсаторы как «Solid Capacitors» или «Твердотельные конденсаторы». В тоже время для обозначения более дорогих дросселей может использоваться понятие «Premium Alloy Chokes». Дополнительным свидетельством хорошего блока VRM может служить наличие радиаторов, поскольку более мощная система требует своевременного отвода тепла.
Как выбрать качественную VRM систему?
Даже со знанием дела иногда очень сложно выбрать материнскую плату с качественной системой питания процессора. Производители зачастую не сообщают многих технических деталей и намеренно вводят покупателя в заблуждение. Наилучшим вариантом может стать чтение подробных обзоров, где уделяется внимание всем компонентам материнской платы.
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.
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?
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.
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.
Но проблема эта не единственная. Есть вторая сложность, которая заключается в том, что процессор потребляет довольно много энергии.
Как работает VRM?
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.
Начнём с высоких токов.
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).
Но и тут есть целых два варианта уменьшения пульсаций.
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.
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.
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.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Для работы большинства комплектующих компьютера необходимо питание. Для пользователя это означает лишь то, что нужно не забыть подключить блок питания к розетке, а вот на практике всё несколько иначе.
В блоке питания напряжение розетки преобразовывается с 220 В в 12 В. Прежде, чем добраться до процессора, видеокарты или другого устройства, питание проходит через специальные модули – VRM. Именно о том, что это такое, мы и расскажем в данной статье.
Что такое VRM?
Давайте разберемся что такое VRM на материнской плате. Аббревиатура VRM переводится как «модуль регуляции напряжения». Важно понимать, что это не один какой-то элемент устройства, а их совокупность. По умолчанию VRM включает в себя следующие компоненты:
- ШИМ-контроллер или PWM контроллер (салатовый); (оранжевый);
- дроссель (красный);
- конденсатор (синий).
Всё вместе это и называется «модулем регулятора напряжения». Такие модули есть на материнских платах и видеокартах. В первую очередь такой модуль преобразовывает напряжение, подаваемое от блока питания к комплектующим. Комплектующим, как правило, не нужны все 12 В. К примеру, процессоры используют лишь 1,5 В. Вторая важная задача для VRM – подавать это напряжение стабильно, без скачков и перепадов.
Указанную выше совокупность элементов принято также называть фазой питания. Проходя через такую фазу, питание передаётся устройству в виде импульса. Это значит, что в какой-то момент времени происходят скачки напряжения. Они негативно сказываются на работе оборудования. Дабы такие скачки свести к минимуму, принято использовать не одну фазу питания, а несколько. Их импульсы смещаются друг относительно друга таким образом, чтобы на выходе получалось «ровное» значение напряжения. Взгляните на изображение ниже. В нём схематически изображена работа VRM, состоящая из 4-х фаз питания.
На сегодняшний день в VRM принято использовать в среднем от 4 до 8 фаз. Чем их больше, тем стабильнее будет напряжение. Кроме того, от их количества зависит и максимальная мощность, которую может получить процессор. Последний параметр особо важен в случаях, когда планируется его разгон.
Выводы
Теперь вы знаете что такое VRM. Это весьма важный элемент, на который пользователи зачастую не обращают внимания. Данный модуль бывает как на материнских платах, так и на видеокартах. Чем больше количество фаз в VRM, тем стабильнее будет работать оборудование.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
На страницах, посвященных продуктам материнских плат и пользователям онлайн-форумов, часто упоминается VRM материнской платы и количество фаз питания. Будучи технической темой, VRM - не простая тема для обсуждения. Итак, сегодня рассмотрим концепцию VRM и фразы питания как можно проще и понятнее, чтобы можно было легко понять, о чем рассказывает страница продукта материнской платы (и когда это важно).
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
VRM состоит из отдельных силовых «фаз». Ваша базовая фаза питания состоит из двух транзисторов, дросселя и конденсатора. Транзисторы могут быть или не быть покрыты радиатором, так как они могут сильно нагреваться и быть более чувствительными к температуре. Дроссели на современных материнских платах обычно выглядят как маленькие черные или серые кубики, которые иногда имеют небольшой участок разного цвета посередине. Конденсаторы - другой компонент, обычно маленькие цилиндры в форме, рядом с дросселями.
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.
4-фазная система
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.
Обе эти тактики учитывались, поэтому лучше не предполагать подсчет фазы питания, основанный на количестве дросселей, которые вы видите на материнской плате, и полностью игнорировать заявки на подсчет фаз от производителей материнских плат. Единственный способ по-настоящему узнать счетчик фаз - это проанализировать фактические компоненты (или, что более доступно, через поиск в Интернете знающего создателя видео или автора, который провел такой анализ на доске или досках, которые вы рассматриваете).
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.
Читайте также: