新天下工程师谈显卡PCB板

整机外设

　　编者按：今天我们请来新天下的工程师朱云、杨睿毅先生，为大家谈谈关于显卡PCB板方面的知识。文章仅仅代表新天下工程师对显卡产品的看法，并不代表本报的观点，我们也不对此作任何评价。

　　也许很多人都认为，显示芯片和显存是显卡上最重要的部分。但事实上，几乎所有的显卡厂商都采用相同的、为数不多的几种显示芯片和显存。因此，在IT产品日渐同质化的时代，反倒是最不起眼的印刷电路板(PCB)成了显卡上最重要的部分。

　　一、公版和非公版

　　要了解PCB，首先就要从PCB的设计方案入手。采用相同芯片的显卡，可能因为PCB设计的不同，而有着天差地别的性能差距！

　　相信很多人都听说过“公版设计”这个名词，那么，公版设计和非公版到底有什么区别呢？可以说公版和非公版设计都是实力雄厚的厂商的研发成果。为什么呢？

　　公版设计最早是由名牌显卡大厂替芯片厂商设计的方案，后来逐渐演变成为由NVIDIA、ATI等芯片厂商自行设计的方案。公版设计的目的是为了展示显示芯片的所有功能，并且为产品初上市时提供一个标准化的设计。公版一般都坚持稳定性第一，而且用料豪华，甚至过于奢侈。

　　非公版设计则是由一些具备深厚研发实力的显卡厂商变更公版设计或者全面重新设计的方案。其目的是为了在保障显卡稳定运行的基础上，提高性能、提升品质，添加一些有特色的设计，并且控制生产成本。使产品又快又稳定，而且售价合理。

　　二、PCB的布局和布线

　　PCB设计的布局和布线也是显示芯片、显存能否发挥“功力”的关键。往往完全相同的线路设计，因为采用不同的PCB走线布局，就会有非常大的性能差异！所以，很有必要了解PCB的布局和布线。

　　在最初的PCB上，元件一般都分布在其中一面，而线路则分布在另一面上。因为这种板上的走线只分布在一面上，就被称为单面板(single-sided)。单面板在设计线路上会有一些限制，这是因为仅有一个走线层，由于布的线路不能交叉，就必须绕来绕去，只有很简单的电路才会使用这样的布线设计。

　　而对于复杂的电路设计，就必须采用双面板(Double-Sided Boards)，甚至多层板(Multi-Layer Boards)设计。它们使用了多层的铜箔，大大增加了可以布线的面积，而且可以通过通孔(via)使两面甚至多面上的线路相连接。因此，布线就不再有那么严格的限制，可以通过通孔绕到另一面而避免交叉了。

　　多层板其实是采用了数片双面板，在每层板之间放进一层绝缘层并使之黏合。所以，通常PCB板的层数都是偶数。

　　常见的主板、显卡PCB 板都是4到6层的结构，因为在正常情况下，4层板就已经可以满足显卡的电路设计需要了。当然，新产品刚上市时，也有很多公版设计采用了更有把握的6层板设计。虽然6层PCB会使布线面积增大，走线也可以更方便一些，但是在性能上并没有本质上的提升，成本却提高了。而8层或8层以上的PCB设计由于非常昂贵，所以若技术上没有不得已的“苦衷”，谁也不会被迫使用天价的8层或8层以上的PCB。

　　同时，设计布局也非常重要，很多显卡就是因为布局不合理，不仅会让显卡芯片性能不能正常发挥，甚至会带来性能下降和运行不稳定等情况。如早期GeForce2 MX400的显存布局(如图1)。

　　大家可以很看到，这块卡上的显存并没有分布在显示芯片的周围，而是呈“田”字形排在显示芯片的一侧，这就是一个布局不合理的典范。因为布线的时候，也要考虑到显示芯片到显存的等长线设计，所以这样的布局就造成了布线的困难和不合理。因此，其性能得不到有效的发挥，超频能力不强。

　　而布线对显卡性能最重要的影响在于走线的规则是否合理。通过观察，我们就会发现，为了达到等线长的标准，通常显卡都会采用绕线来实现。而同时为了防干扰，蛇行线无疑是最佳选择。但是，也有的显卡采用了并不适合的并行线。通常采用并行线是为了平衡传输，形成差分对布线。而如果用这样的走线来实现等线长的话，就容易产生相应的干扰，影响显卡的性能发挥。例如某款GeForce4 MX440SE显卡的布线(如图2)。虽然用料还不错，但是就是因为走并行线导致性能下降反而达不到公版水平，其稳定工作频率也低于NVIDIA的规范。

　　三、PCB的质量

　　PCB基板是采用绝缘阻燃、不易弯曲的材质制成。在PCB表面可以看到的细小电路图案就是铜箔。铜箔原本是覆盖在整个板子上的，在制造过程当中，一部分被蚀刻掉，留下来的部分就变成线状和网状的电子线路了。这些线路就相当于导线，用来提供PCB上零件的电路连接或者电磁屏蔽。

　　通常PCB的颜色都是绿色或是蓝色，这其实是阻焊剂(solder mask)的颜色。阻焊层是绝缘的防护层，用来保护铜箔不被氧化，也可以防止回流焊零件被焊到不正确的地方，同时，可以防止铜箔因接触到金属物体而短路。在阻焊层之上还会再印刷上一层丝印层(silk screen)，通常在丝印层表面会印上文字与符号(多为白色)，用来标示出各零件在板子上的位置或标称值。

　　对于PCB板的质量而言，厚度和环保都是很重要的考虑因素。很多显卡由于PCB板的厚度不够，插入AGP槽时摇摇欲坠，导致经常不能正常开机，或者其他稳定问题。一些PCB板采用的是含卤素的PCB、阻焊剂和含铅的锡膏，这些对环境有着不可忽视的危害。

　　也有一些厂商，有时会把有问题的PCB修改或者加工后做成产品，卖给消费者。所以，大家也要多注意：那些露铜、补线、变色甚至飞线的PCB板都是有毛病的板子，会带来各种相应的问题。

　　显卡的金手指也是一个需要重视的地方。本来，对于金手指的厚度有相应的规定。但是，有的厂商为了节约成本，并没有按照规定去做。所以，市场上会见到一些金手指比较薄的产品。也有的显卡金手指很容易在多次拔插后出现磨损，这也会影响到显卡性能的正常发挥。对我们而言，也应该准备好橡皮擦，它可以有效地擦去手指表面的灰尘与污渍，这对保障显卡的稳定高效工作很有必要。