华硕 A8N32-SLI八项豪华供电模块探秘
华硕A8N32-SLI DELUXE这款主板的推出给人们带来的不仅仅是双16X等众多完善的功能配置及其强大的性能,更独特的是比较独特的采用了多达八项的CPU供电模块,而且八项供电回路全部集成在CPU插座周围,令人叹为观止!
横竖两列分布的八项供电设计
目前主流的NF4平台最常见的就是三项供电回路,四项比较少见,一般多用于Intel 875/925/955等芯片组上。此前技嘉曾推出过独有的插卡式DPS供电方案,通过额外的升级模块达到3+3的六项或者4+4的八项供电方案:
这种方案最初被认为是非常BT的设计,八项供电用得着吗?
华硕上一代产品A8N-SLI主板使用了标准的三项供电,而在新款A8N32-SLI上面一举将供电模块提升至八项,而且并非使用了技嘉那种升级方案,直接主板集成八项回路。这不禁让人感到怀疑?真的是八项供电吗?
大多数人分辨供电模块的项数是通过观察电感来判断的,例如上图乍一看还以为是四项供电,其实很多时候都有并联多个电感或者多个场效应管的情况发生,因此实际上上图所示仅为两项供电。另外主板供电模块当中的一级电杆线圈也在附近,大多时候类型与多项回路中的电感有所区别,如上图中为立式电感线圈。因此对于板型设计出色、元件排列均匀的主板传统方法已不再适用。
既然是两项供电,何必使用这么多元件呢?似乎有点浪费了。那么看上去八项供电设计的华硕A8N32-SLI到底是几项供电呢?
CPU核心供电VRM(Voltage Regulation Module,电源调整模块)使用多项设计是目前的一种潮流,三项供电已经习以为常,可以说是标准配置,而四项供电则是主流。那么到底何为“项”的定义呢?下面先作一个简单的说明:
单相降压(Bulk)系统简图如下:
可以看到一个高端场效应管High side MOSFET(Q1)跟低端场效应管Low side MOSFET(Q2),一个输出电感(L)以及一个输出电容(C),这样构成了最简单的单相交换式降压电路。主板上面最基本单项回路构成就是一个电感、一个电容再加上两个MOS管。
各端点波形如下:
可以看出单相电路于电感端输出电压及波形会随着每相ON-OFF交换而变动,这时就需要电容、电感储能来于截止时释放能量,所以当负载增大时,便需要更大的电感器以及更多的电容器,以储存更多能量。
而且为了改善瞬时响应,必须提升交换频率,但过度提升交换频率代表需要使用高速开关组件,然而MOSFET管的高速特性并不优异,所以会导致切换效率的下降,进而导致转换效率不佳。
High side MOSFET必须承受导通时负载所需电流,Low side MOSFET于截止时承受电容电感释放储能的能量,为了得到更大输出时也需使用更大容量的产品,不仅发热量高,成本也增加不少。
这就是大电流应用场合,多相位式设计流行的原因。
下图为二相降压系统的简图:
可以看到两组单相电路输出并联,但光只是电路并联并没有用,控制波形也要进行相位偏移动作,让两组电路交互动作,波形特性如下:
由波形看到,两组电路因为相位偏移,使输出波形得以重迭,就像一组以两倍频率运作的电路,所以多相电路,可以以较低的交换频率,各相累加后总交换频率也可以提高。
通过以上的分析可以整理出多相式VRM具有以下的优点:
1.因为输出电流分配至各相位,所以每对HS/LS MOSFET所承载的电流会比较小。
2.因为MOSFET电流降低,导通时散发的热量变少,且散布到各相区域,所以热密度较小,散热问题比较简单。
3.流过每相电感的电流变少,所以可选择饱和电流以及有效电流较低的产品,降低成本。
4.总涟波电流因为相数增加的关系,每个相位的涟波电流较低,输出电容的数目得以减少。
5.因为总输出频率 = 单一相位交换频率 * 相位数,较高的输出频率使得瞬时响应也获得了改善。
6.因为各相电流减小,每相MOSFET数目减少,可简化MOSFET驱动器驱动能力的问题。
然而采用多相位输出主要难处在于如何去平衡每个相位的电流,假设电流平衡做的不好,在大电流输出的相位将依电流平方的比例产生功率消耗,不仅导致过热,并造成VRM效率降低。
揭开散热片可以看到,每个电感都搭配两个MOS管
上面使用了ADI产制的ADP3186 5BIT可程序化
就八相供电而言,使用多相控制器(如IR X-PHASE架构)直接控制,或是使用两个四相控制器连结,采一主一副方式来达成,是比较常见的架构。而ASUS仅使用单颗四相控制达成,是极具创新的做法,但只要能符合VRM 10规范,并满足AMD规定的瞬时响应要求,都是满足要求的。
经过专业仪器测量后,波形明确表示出该电源电路的运作方式,以下图形是以太克四信道数字示波器量测出前四相运作输出情形:
经由图形输出显示,各路波形分别占有1/8周期,也就是说每组电路分别在周期八个时间点内工作,的确满足八相电路运作模式。每相频率为263KHZ,代表电路总交换频率为263KHZ*8=2104KHZ,对于交换系统来说算是相当高的数值。
那四路SPDT电子开关到底用途为何呢?据指出该SPDT用来切换各相的回授信号,使其符合原始四相系统,至于如何将原始四相控制信号产生成八相信号,这部分电路结构就有待更深一层的研究。
总的来说,供电的稳定度并非相数越多就表示越好,而是扎实的设计,才能使电路以及组件完全发挥,过度增加电路复杂性,容易增加故障机率。不如采用简洁有效的设计,将成本反映在售价或是其它组件方面,更是有利无害。
但是从输出波形的角度来说,项数越多,电压波动幅度越小,越接近恒定值;而且每项回路所分担的电流也较少,可以有效降低元件的发热,增强供电模块自身的稳定性以及CPU的稳定性。所以说只要克服多项供电设计方面的难度,采用封闭式电感以及固体电容等方案以降低相互之间的干扰,那么在不考虑成本的情况下八项供电的优势是不言而喻的。
最后从用户的角度来说,华硕A8N32-SLI DELUXE虽然在BIOS电压设置方面调节不够宽裕,事实上这些BIOS当中的电压调节选项与CPU供电为多少项并无直接关系,但是八项供电的设计的确能够提供更加稳定的CPU电压和更加纯净的电流,其结果就是在较低的CPU电压下能够将CPU超到更高的频率。这一结果不难理解,而且已经被众多媒体测试和用户所证实。
对于超频者来说,给CPU加压能够提高超频成功机率、增强工作稳定性几乎是一条定律,这其实是一种假象,电压越高CPU运算出错的机率就越大,高压极限超频一般都仅能跑SuperPi,无法长时间稳定运行。因此更多的超频玩家关注的就是一颗CPU在不加压的情况下能超到多少,或者在加少许电压的情况下能较多高;所谓的优品大都是指低压下能够超到较高频率的CPU。但是当一块CPU体制一定的情况下,一块多项供电的主板就能比较容易让它达到低压高频的目的。
最后还是感觉主板巨头华硕的做法让人有点摸不着头脑,以前Intel 875P主板的基本要求就是采用四项供电为Prescott CPU加强设计,但是大名鼎鼎的华硕P