绝不浪费一度电——深度解析主板智能节能技术
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对于PC用户而言，追求高性能是一件很快乐的事，但由于硬件性能的提升，其功耗也随之增大，发热量过高、噪音增大、电费超支等问题已经摆在PC用户的面前，硬件厂商也在努力降低能耗问题，很多主板厂商相继推出了自身的节能技术，比如，华硕推出了EPU智能节能技术，技嘉推出了DES（动态节能技术）等，这些技术虽然名称不同，但原理基本上一致，下面我们就以EPU技术为例，看看主板智能节能技术究竟有何神秘之处。
什么是EPU节能技术
EPU（即Energy Processing Unit）是华硕最新推出的一项能量引擎技术，具备该技术的主板都集成了一颗名为“EPU”的电源管理控制芯片（图1），其主要作用是实现主板平台运行能耗的智能控制，最终实现节能、降噪、环保等多重好处。无疑，EPU节能技术的优势比较显著，它在降低功耗的同时，也让PC工作时的噪音更小，而且也节省了电费支出，为PC用户的娱乐、办公提供了更好的使用体验，更为重要的是，EPU节能技术的能耗控制是智能化的，它会根据系统的实际负载自动调节功耗，以此让PC系统获得最大化资源利用率及最小的功耗浪费，而且还有助于提高PC系统工作的稳定性。
由来已久：节能技术的发展背景
在早期，主板普遍采用跳线或DIP开关来设定CPU的核心电压，但除了发烧友外，这种做法普遍被PC用户所排斥，因为稍有不慎就可能烧毁CPU和主板。此后Intel推出了VID电压识别技术（图2），采用这种技术后，主板供电电路可按CPU需要自动设置供电电压，不再需要进行人工干预，尽管这样可以减轻PC用户的设置烦扰，但对CPU节能的作用却不明显，不过这为动态节能技术提供了很好的思路，因为此时主板厂商已经可以编制专门的工具软件来显示和修改Vcore值（CPU的内核电压）。
在图2的工作原理中，VID与Vcore的关系显而易见，CPU供给PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制器VID信号（CPU电压识别信号），由PWM控制器控制DC/DC降压电路，实现对输出电压的调整。但如果说到主板的供电模块，实际上CPU核心电压值最终由MOSFET（场效应管）导通时间所决定，即输出电压V的大小与MOSFET导通时间t1成正比（图3）。MOSFET导通时间也可以理解为供电模块的转换效率，从Prescott核心开始，Intel推出了VRD电压调节规范，并对VID引进了动态调整的技术，主板厂商此时可以大刀阔斧地研发各种节能技术。
Prescott核心处理器的CPU功耗和发热量已经难以得到控制，采用风冷或水冷散热技术依然不可能将核心内部的热量迅速带走，导致核心温度过高，从而引发蓝屏和死机故障。Intel那时推出了DVA动态电压调节技术，并推出了FMB（Flexible Motherboard，Intel专为不同CPU所制定的电流标准）主板设计规范，要求供电电路必须拥有功率足够的MOSFET器件，同时在电流超标时能及时采取措施让电流降下来，大致思路就是根据CPU的实际功耗自动调整它的Vcore值，比如当CPU处于空闲时，CPU和供电电路的电压自动降低，而CPU处于高负荷状态时，CPU和供电电路会自动提升电压以满足工作需求。
软硬结合：EPU的节能思路
我们知道，主流PC平台在实际工作时，CPU有时需要在1.2V电压下获取100A电流，而这种情况通常发生在150ns的“暂态”过程中，而在这个过程中，供电模块的转换效率就显得极为重要。在主流PC平台上，供电模块（实际上是指Vcore转换器）需要负责CPU 内核电压的转换，然而CPU核心电压Vcore波动会影响CPU正常工作，Vcore过高将导致CPU功耗和发热量上升、寿命缩短甚至烧毁。反之，Vcore过低则可能引起数据丢失、死机、蓝屏等故障，由于CPU性能越来越高，功耗也越来越大，因此对供电系统提出了更高要求。
因而我们看到，要获得更好的CPU节能方案，最直接有效的办法就是提高Vcore转换器的效率，然而在通常情况下，由于普通主板的结构设计并不“节能”，Vcore转换器的工作效率仅有75%左右，依然有25%的功率以热量的方式而损失，如果能提高Vcore转换器的效率，就可以尽可能降低不必要的功耗损失，尽管此时可以通过使用高效MOSFET器件来实现，但这并不是最有效的做法，因为无法实现更为智能化的节能效果。
幸运的是，Intel对主流CPU进行了节能技术设计，为主板厂商开发新的节能方案提供了有力支持。EPU智能节能方案则是以利用多相供电控制器为基础的。EPU节能技术通过在主板上采用8相供电模块（图4），并在PCB上集成一颗EPU芯片，同时为用户提供了电源控制软件来实现节能。在实际工作时，只要开启EPU节能技术，就能监测CPU的实际电压状态，然后根据电压高低对主板实现管理，系统会根据实际功耗自动控制供电模块的“可工作数量”，从而达到智能节能的目的。
按需供电：EPU的工作原理
在EPU节能方案中，硬件部分包括了1颗EPU芯片及8相供电模块，其中这颗IC芯片中写入了特殊的控制程序，比如探测CPU电压、CPU供电相数的指令以及识别CPU型号、CPU数量的程序等，而且这些控制程序与主板BIOS程序进行了无缝“联合”。EPU实际上是在主板上的一颗独立电源管理芯片，其工作原理是通过创新的混合动力技术进行监控，精确地将外部电源加载到供电线路上并且根据负载来优化CPU的电力供应（图5），包括自动调整CPU电压和CPU供电相数，以此来提高主板供电部分的稳定性以及电源转换效率。
在实际工作中，在轻负载情况下，EPU芯片会将供电相数从8相转为4相，从而减少供电模块的电力耗费，同时减少发热量，这样就可以使得CPU在轻负载的情况下相对于其他主板省电58.6%，而且完全不必担心处理器会因此变得不稳定，更重要的是这一切全部由硬件自动转换，不需要用户的干预。如果是在高负荷状态下，系统会自动转为8相供电，以满足在高电流时的使用效率较高，实际上，EPU技术是通过关闭电感来节能，因为电感没有供电就能减少功耗，此时PC用户也不会因供电相数的切换有什么感觉，但却实现了96%的最大电源利用率。
节能减排：EPU的实用价值
相比其他厂商的“软”节能技术，EPU技术更为智能化，不过要实现EPU功能，用户还需要在系统中安装《AI Gear 3》软件，该软件提供了最大节能模式、最低节能模式、高性能模式、超频模式四项功能，这非常方便PC用户使用，比如在上网时，选择“最大节电模式”，既可以保证流畅观看影片，又可以让系统处于最节能的状态下。而在“自动调节模式”下，它会调节CPU的频率与Vcore电压，以此来将系统噪音与电源的消耗降至最低，以在系统性能和噪音之间达到平衡。总体来看，EPU技术具有节能、降噪、环保、提高系统稳定性以及便于超频等多重意义。
更为重要的是，EPU的CPU校正技术，能根据不同的CPU型号从数据库中选择最佳的设置，而且在超频状态下，也提供了更快的供电响应，以保证超频系统的稳定安全。这意味着，EPU节能技术可以支持市场中所有Intel处理器，适应范围非常广泛，具有普及意义。此外，从宏观角度上讲，EPU技术还具有节能减排的作用，据华硕官方数据显示，每一块支持EPU技术的主板，一年连续工作后可省电33000度，一年连续运行后可减少20.7423kg二氧化碳的排放，如果有更多的主板厂商采用类似的技术，这将是一个十分有意义的环保手段。
写在最后
尽管EPU技术具有节能环保的好处，但也存在一些不足，比如在现阶段，它并不支持AMD平台，这让AMD用户感到遗憾，也影响了它的市场普及程度。此外，采用EPU技术的主板价格比较昂贵，让很多普通用户还难以接受，同时还需要搭配出色的节能电源。EPU节能方案的投入比较大，目前仅适合那些高端用户，然而高端用户更加追求超频极限，在高负荷超频的情况下，EPU技术的节能优势大打折扣，为此超频玩家可能会关闭EPU选项，这会造成EPU技术的浪费。同时，EPU技术还需要系统软件的辅助使用，还无法做到完全“硬件智能化”。EPU技术虽然好，但还有很长的一段路要走，我们期待在不久的将来，看到市面上的大多数低价主板也采用了类似的节能技术。