主板稳定,由它决定:谈主板的CPU供电部分

硬派学堂

比比有个朋友,平时很喜欢拿起一块主板放在眼前端详,一看就是几小时。很多人都不理解他为什么会这样——主板上不就是一些电容、芯片之类的东西吗?其实要搞懂这些小小元件的用途可不是件简单的事。因为主板厂商绝对不会装一些无用的东西上去,每一个元件都是有它独特用途的。特别是在主板CPU插槽附近的各种电容、电感、芯片尤其有看头。不信?我们就一起来看吧。

在电脑系统中,主板起着如航空母舰般的作用——各种设备要正常工作,都必须以它为载体。换句话说,就是各种部件都得插在主板上,才能相互通信,才能协同工作。由此可见主板的重要性。不过对于DIY玩家来说,仅仅是让这些硬件工作肯定是不会满足的。选一块主板,既要能超频,又要节能,当然,最重要的还是要稳定。可以说是在选一个上得厅堂,下得厨房的好娘子。要让主板做到这一点,主板厂商一定要在CPU供电方面大做文章才行。

要稳定,供电相数不能少

超频的时候,CPU就像一辆奔驰的赛车,要想让车飞驰得更快,必须给它提供充足的能源才行。CPU的供电部分就充当起了能源供给者的角色。大家常说的有几相供电,就好比汽车是采用的几缸引擎。处理器供电相数,一直是人们评价主板CPU供电好坏的重要标准。理论上相数越多,越能提供更强劲的动力。也正是因为这样,目前很多主板厂商,都在供电相数上花了不少心思。但是,光看汽车使用了几缸引擎,并不能完全看出汽车的动力水平,这还与每一个汽缸的容积息息相关。同样的道理,主板的处理器供电相数多少,也不能完全反映主板对处理器供电的能力,这还与每一相的设计电流相关。所以说,汽缸数或者供电相数,并不一定是越多越好,还要具体情况具体分析。

理论上,供电相数越多,供电越平稳。不过处理器相数越多功耗也会相应增加,所以在功耗满足需要的情况下,还要合理地使用供电相数,再适当地加强电容滤波,不仅能够降低不必要的功率损耗,也能达到与多路供电同样平稳的供电性能。但是,对于大功耗的高端处理器来说,由于功耗基数较大,所以多路供电仍然是很有必要的。

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CPU需要平稳的供电
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4相供电的该款主板在CPU旁有4个电感(该方法并不严谨)

小贴士:如何看主板的供电相数?

常见的每一相供电是由“N颗电容+1个电感+N个MOSFET”构成的。因此最简单的方法是数CPU旁的电感个数。它是主板处理器供电区域中很显眼的东西。有几个电感就有几相供电——当然,从严格意义上来说,这种方法并不十分准确,也不严谨。因为处理器供电相数,最终是由PWM决定的,PWM有几相PWM输出,该主板就有几相供电。

稳定了,才能谈超频

●PWM(脉宽调制)芯片:从CPU获取CPU的工作电压代码,把电压代码转换成实际的电压信号,控制MOSFET输出准确的电压。监视CPU的工作电流变化,根据CPU的负载调整输出电流。PWM芯片是芯片厂商依据CPU厂商的标准研发设计的。

●驱动芯片(Driver IC):把PWM发出的信号放大,驱动MOSFET工作。

●MOSFET(MOS管):场效应晶体管,在这里就是起“开关”作用,“开启”时允许电流通过,“关闭”时阻挡电流通过。通过“开关”的时间长短改变电压。

●电感:存储能量,把MOSFET送过来的电能转变为磁能储存。

●电容:存储电能,供CPU用。还有滤波作用,滤出杂波,使电流平滑稳定。

比较能超频的主板,有个重要的共同点就是可以给CPU提供充足的能量。它们的每一相供电都有一套相同的MOS搭配体系,在每一相中,MOS被分为了上端MOS和下端MOS(也可被称为上行MOS、下行MOS),分别担负起了不同的开关作用。

上端MOS直接连接着主板的12V供电。当处理器需要供电时,PWM电路命令上端MOS导通,12V供电进入处理器供电回路,当处理器电压上升到所需数值以后,PWM则立即命令上端MOS截止,断开12V供电,等待回路(电感、下端MOS、处理器构成的回路)和电容中的剩余电能被消耗。当电能消耗殆尽时,处理器电压下降之前,PWM电路再次命令上行MOS导通,让12V供电输入新的电能。

而下端MOS,主要是在上端MOS截止时,让处理器与电感之间构成回路。下端MOS所需通过的电流是非常巨大的,一般来说,主板上每一个供电回路中都是采用了1颗上端MOS搭配两个下端MOS的设计,其中下端的两个MOS采用了并联方式,共同分担处理器所需的供电。有的主板虽然在CPU旁边设计了5个电感,它们也确实是5相供电,不过只采用了1颗上端MOS搭配1颗下端MOS的方式,当然,这在普通的使用中是没问题的。

但超频需要很多的能量,下端MOS的性能和个数直接决定了处理器供电的电流大小。因此我们可以计算一下,例如一款采用3相供电的主板,每一相分别采用3颗MOS,其中1颗为上端MOS,两颗为下端MOS,整个处理器供电中,下端MOS的数目达到了6个。假如每一个下端MOS能够通过10A电流,那么每一个回路就能提供20A的电流,整个处理器供电就能够达到60A。但是,一款采用如刚才提到的1比1搭配上、下端MOS的5相供电主板,虽然供电有5相,但是下行MOS却只有5颗。如果同样需要提供60A电流给处理器,则每一个下端MOS就必须承受12A的电流,不仅对芯片的参数有较高要求,发热也会相当厉害。因此这就解释了为什么有的5相供电的主板在超频性上并不好的一个主要原因。

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主板CPU供电部分全貌

稳定了,才能谈节能

目前我们可以看到很多高端主板都支持节能技术,这是因为现在的PWM芯片设计得比较灵活,可以减少PWM输出相数,比如6相,可以减少为5、4、3相。当检测到CPU处于空闲状态时,能够自动关闭一些多余的供电相数,巧妙地解决大功率供电与节能之间的矛盾。当然,这里有个前提,就是主板的供电相数要多,只有相数够多,才能实现灵活的相数变化控制。

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某些高档主板CPU插槽的一边就有6个电感,一共有12个电感,号称12相供电。且不管它是不是严格意义上的12相输出(PWM的输出只有6相,通过一些方式可达到输出“增倍”),多相供电却是节能的基础。
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高档主板的PWM芯片(上)与驱动芯片(下)配合,才可以发挥出最佳性能和全部功能