Сколько фаз питания нужно для ryzen

Для начала небольшое введение…

Давайте начнем с основной роли материнской платы. По сути, она служит для:

• Обеспечения всех компонентов питанием;
• Обеспечения связи между компонентами.

Также, с помощью материнской платы осуществляется монтаж элементов, реализуется система обратной связи для их тестирования и прочее. Однако основополагающими функциями являются две вышеупомянутых, поскольку почти каждая часть на плате так или иначе зависит от них.

Практически все современные материнские платы для стандартных ПК имеют разъёмы для центрального процессора (CPU socket), модулей памяти (как правило, типа DRAM) дополнительных карт расширения (таких как видеокарта), накопителей, различных входов/выходов и связи с другими компьютерами и устройствами.

Существуют отраслевые стандарты размеров материнских плат, которых стараются придерживаться производители. Основные размеры, которые вы можете встретить, следующие:

• Standard ATX – 12 × 9.6 дюйма (305 × 244 мм);
• Micro ATX – 9.6 × 9.6 дюйма (244 × 244 мм);
• Mini ITX – 6.7 × 6.7 дюйма (170 × 170 мм) /

Вспомогательные микросхемы

ЦП и чипсеты ограничены в возможности подключаемых или поддерживаемых устройств, поэтому большинство производителей материнских плат предлагают продукты с дополнительными функциями благодаря использованию других интегральных микросхем. Например, это могут быть дополнительные порты SATA или разъемы для подключения старых устройств.

Наша материнская плата Asus не исключение. Например, микросхема Nuvoton NCT6791D управляет всеми маленькими разъемами, ведущими к вентиляторам, а также датчиками температуры на плате. Процессор Asmedia ASM1083, расположенный рядом с ним, обеспечивает поддержку двух устаревших разъемов PCI, поскольку у чипа Intel Z97 такой возможности нет.

Хоть в чипсете Intel и предусмотрен сетевой адаптер, Asus посчитала практичным добавить на плату независимый сетевой контроллер от той же Intel (I218V), чтобы разгрузить ценные высокоскоростные соединения чипсета. Этот малюсенький квадратик (6мм) управляет тем красным разъёмом Ethernet, который мы видели в блоке ввода/вывода. 

Овальная металлическая штука рядом с ним – это кварцевый генератор частоты. Он вырабатывает низкочастотные синхронизирующие сигналы для сетевого контроллера.

По тем же причинам на плату добавлен и независимый звуковой контроллер, в обход имеющемуся в чипсете Intel. Как и в случае, когда пользователь предпочитает дискретную видеокарту взамен встроенного в ЦП видеоконтроллера, резон ещё и в том, что независимый контроллер попросту лучше встроенного в чипсет.

Но не все дополнительные чипы на материнской плате призваны лишь заменить некоторые функции основных процессоров. Многие предназначены для обеспечения работоспособности платы в целом.

Эти маленькие микросхемы – свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять 16-лэйновыми слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Материнские платы с возможностью разгона процессоров, чипсетов и памяти стали обычным явлением, и многие теперь поставляются с дополнительными микросхемами для управления разгоном. В нашем примере платы, красным прямоугольником выделен собственный чип Asus под названием TPU («процессор TurboV»), который настраивает тактовые частоты и вольтажи наилучшим образом. 

Рядом с этим чипом находится маленькая микросхема флэш-памяти Pm25LD512, выделенная синим цветом. Она сохраняет все ваши настройки разгона при выключении компьютера.

На любой материнской плате есть как минимум одна микросхема флэш-памяти, и она предназначена для хранения BIOS (Basic Input/Output System – «базовая система ввода-вывода», операционная система инициализации оборудования, которая запускает все перед загрузкой Windows, Linux, macOS и т.д.).

При включении компьютера, для максимальной производительности содержимое флэш-памяти копируется непосредственно в кэш ЦП или системную память, а затем запускается оттуда. Однако единственное, с чем такой трюк не пройдёт – это время.

Эта материнская плата, как и любая другая, использует батарейку CR2032 для питания простой схемы часов. Конечно, батарейка не вечная, и однажды она придёт в негодность, и тогда материнская плата установит умолчания даты/времени, находящиеся во флэш-памяти.

И раз речь зашла о питании, то тут тоже есть о чём рассказать!

Информация из обзоров

Ряд важных параметров, влияющих на выбор качественного БП, не указывается ни на коробке, ни на сайте производителя. Возможно, только кратко и не детально в виде маркетинговой рекламы – «использование японского конденсатора».

Данные характеристики можно узнать только из подробных обзоров конкретных моделей в сети, в том числе и на нашем ресурсе.

Стабильность напряжений

По требованиям стандарта ATX12V отклонение напряжений должно укладываться в 5%. Например, для линии +12 В стабильным считается напряжение при различных нагрузках в пределах от +11.4 до +12.6 В. У качественно выполненной схемотехники отклонения укладываются в 1-2%, и это значение иногда указывается на сайте производителя.

В последнее время даже в бюджетных БП отказываются от групповой стабилизации напряжений, применяя DC-DC преобразователи. Это положительно влияет на стабильность напряжений по всем линиям. Аббревиатура DC-DC на упаковке дает некую гарантию.

Схемотехника

Фото вскрытого блока питания только в редких случаях можно увидеть на упаковке или на сайте производителя. В основном это фрагменты в виде упомянутой выше платы DC-DC преобразователя или японского конденсатора, который может быть единственным во всей схемотехнике.

Давайте рассмотрим типичную схемотехнику:

Фильтр электромагнитных помех в виде конденсаторов и дросселей. Если он отсутствует, а такое возможно в очень бюджетных моделях, то такой БП не следует рассматривать к покупке. Часть фильтра распаивается непосредственно на розетке.
Для защиты БП от короткого замыкания или импульсов напряжения устанавливается варистор и плавкий предохранитель

Они также могут отсутствовать, часто экономят именно на варисторе. 
Выпрямитель тока в виде одной или двух диодных сборок, могут быть на радиаторе или без. 
Корректор мощности APFC присутствует во всех современных БП, его задача обеспечивать работу в широком диапазоне входных напряжений – от 100 до 250 В.
Высоковольтный конденсатор – именно его часто ставят японского производства, но это не столь важно, если прочие комплектующие низкого качества. 
Главный преобразователь. Топологии различаются: это может быть прямоходовой преобразователь (Forward), мостовой преобразователь (Bridge)

В более дорогих БП используется LLC-преобразователь, о чем производитель непременно указывает на упаковке. Его можно распознать по дополнительному дросселю и конденсатору колебательного контура.
Основной трансформатор. С него снимается напряжение +12 В. При групповой стабилизации также и +5 В.
Трансформатор дежурного питания. К дежурному питанию относиться ШИМ-контроллер и конденсаторы. К ним повышенные требования, так как они работают при выключенном ПК и вентилятор при этом не крутится. 
Выпрямитель вторичной цепи. Может быть на основе диодов Шоттки в бюджетных вариантах или на основе синхронных выпрямителей в виде мосфетов, что предпочтительнее.
Групповую стабилизацию можно определить по двум дросселям – групповой стабилизации и насыщаемого дросселя. 
Как мы говорили выше, все чаще используют преобразователь DC-DC. В этом случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением +12 В, а напряжения +5 В и +3,3 В получают, уже преобразуя постоянный ток. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Выходной фильтр. Его задача сглаживать пульсации напряжений. В состав выходного фильтра входит дроссель и конденсаторы, в том числе и твердотельные. Экономия на данном фильтре, уменьшение количества конденсаторов и их емкости меньше 2000 мкФ приводит к большей амплитуде пульсаций, что сказывается на качестве напряжений. 
В модульных БП также имеется вертикальная плата с разъемами. В современных моделях питание на нее подается по шине, в бюджетных вариантах — по проводам.
Для охлаждения силовых элементов используются металлические радиаторы. Комплектующие с большими тепловыми потерями требуют крупных радиаторов, более эффективные могут охлаждаться и небольшими радиаторами. 
Защита БП. За нее отвечает специальный контроллер – супервизор. Стандарт ATX12V предусматривает основные виды защиты, но на практике они не всегда реализованы. Важно наличие защиты от короткого замыкания по всем линиям. По спецификации установленного супервизора можно определить, какие виды защиты он поддерживает.

Питание

Для обеспечения материнской платы и многих подключенных к ней устройств необходимыми напряжениями, блок питания (PSU, Power Supply Unit) имеет несколько стандартных разъёмов. Главным из них является 24-пиновый разъём ATX12V версии 2.4.

Выдаваемые напряжения зависят от блока питания, но промышленными стандартами являются напряжения +3,3, +5 и +12 вольт.

Центральный процессор основную часть питания берёт с 12-вольтных контактов, но для современных мощных систем этого недостаточно. Чтобы эту проблему решить, предусмотрен дополнительный 8-пиновый разъем питания, несущий ещё четыре 12-вольтных линии.

Цветная маркировка проводов от блока питания позволяет определить, где какой провод. Но на разъёме материнской платы никаких маркировок нет. Ниже приведена распиновка обоих разъёмов на плате:

Линии +3,3, +5 и +12В обеспечивают питанием различные компоненты самой материнской платы, а также процессор, DRAM и любые устройства, подключенные к разъемам расширения, таким как порты USB или слоты PCI Express. Все, что использует порты SATA, требует электропитания непосредственно от блока питания, а слоты PCI Express не могут предоставить своим устройствам более 75 Вт. Если какому-то устройству недостаточно этой мощности (например, многим видеокартам), то его тоже следует запитать напрямую с блока питания.

Но есть более серьезная проблема, чем наличие достаточного количества линий 12В: процессоры на этом напряжении не работают.

К примеру, процессоры Intel, совместимые с нашей материнской платой Asus Z97, имеют рабочее напряжение от 0,7 до 1,4 вольт. Это не фиксированное напряжение, потому что для экономии энергии и уменьшения нагрева современные процессоры умеют регулировать входное напряжение в зависимости от своей нагрузки. При простое процессор может отключиться,

потребляя при этом менее 0,8 вольт. А затем, при полной нагрузке всех ядер, потребление возрастет до 1,4 или более вольт.

Блок питания предназначен для преобразования переменного тока сети (110 или 220 В, в зависимости от страны) в фиксированные напряжения постоянного тока, поэтому нужны дополнительные элементы цепи для регулировки этих фиксированных напряжений. Они так и называются – модули регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules) и их легко можно найти на любой материнской плате.

Каждый VRM (выделен красным) обычно состоит из 4 деталей:

• 2 мощных управляющих MOSFET-транзистора (синим);
• 1 дроссель (фиолетовым);
• 1 конденсатор (жёлтым). Глубже познакомиться с их работой можно на Wikichip, мы лишь кратко рассмотрим несколько моментов. Каждую VRM принято называют фазой, и чтобы обеспечить достаточное питание современному процессору, таких фаз необходимо несколько. К примеру, наша материнская плата имеет 8 VRM, называемых 8-фазной системой.

VRM обычно управляются специальной микросхемой, которая переключает модули в соответствии с требуемым напряжением того или иного устройства. Такая микросхема называется многофазным ШИМ-контроллером; Asus называет ее EPU (Energy Processing Unit). Транзисторы и чип довольно сильно нагреваются при работе, поэтому часто оснащаются общим радиатором для отвода тепла. Даже стандартный процессор, такой как Intel i7-9700K, может потреблять ток более 100А при полной загрузке. VRM очень эффективны, но они не могут изменять напряжение без некоторых потерь. Нетрудно догадаться, куда лучше всего положить тост, если у вас сломался тостер.

Снова взглянув на полную фотографию нашей платы, можно увидеть и пару модулей VRM для DRAM, но так как там нет таких напряжений, как на ЦП, эти VRM греются не сильно и в радиаторе не нуждаются.

Маркетинговые «фишки» производителей

На что только не идут производители материнских плат, дабы привлечь к своей продукции внимание покупателей и мотивированно доказать, что она лучше, чем у конкурентов! Одна из таких маркетинговых «фишек» — увеличение фаз питания регулятора напряжения питания процессора. Если раньше на топовых материнских платах применялись шестифазные регуляторы напряжения, то сейчас используют 10, 12, 16, 18 и даже 24 фазы

Действительно ли нужно так много фаз питания, или это не более чем маркетинговый трюк?

Конечно, многофазные регуляторы напряжения питания имеют свои неоспоримые преимущества, но всему есть разумный предел. К примеру, как мы уже отмечали, большое количество фаз питания позволяет использовать в каждой фазе питания компоненты (MOSFET-транзисторы, дроссели и емкости), рассчитанные на низкий ток, которые, естественно, дешевле компонентов с высоким ограничением по току. Однако сейчас все производители материнских плат применяют твердотельные полимерные конденсаторы и дроссели с ферритовым сердечником, которые имеют ограничение по току не менее 40 A. MOSFET-транзисторы также имеют ограничение по току не ниже 40 A (а в последнее время наблюдается тенденция перехода на MOSFET-транзисторы с ограничением по току в 75 А). Понятно, что при таких ограничениях по току на каждой фазе волне достаточно применять шесть фаз питания. Такой регулятор напряжения теоретически способен обеспечить ток процессора более 200 А, а следовательно, энергопотребление более 200 Вт. Понятно, что даже в режиме экстремального разгона достичь таких значений тока и энергопотребления практически невозможно. Так зачем же производители делают регуляторы напряжения с 12 фазами и более, если питание процессора в любом режиме его работы способен обеспечить и шестифазный регулятор напряжения?

Если сравнивать 6- и 12-фазный регуляторы напряжения, то теоретически при использовании технологии динамического переключения фаз питания энергоэффективность 12-фазного регулятора напряжения будет выше. Однако разница в энергоэффективности будет наблюдаться только при высоких токах процессора, которые на практике недостижимы. Но даже если и удается достичь столь высокого значения тока, при котором будет различаться энергоэффективность 6- и 12-фазного регуляторов напряжения, то эта разница будет столь мала, что ее можно не принимать в расчет. Поэтому для всех современных процессоров с энергопотреблением 130 Вт даже в режиме их экстремального разгона волне достаточно 6-фазного регулятора напряжения. Применение 12-фазного регулятора напряжения не дает никаких преимуществ даже при использовании технологии динамического переключения фаз питания. Зачем же производители начали делать 24-фазные регуляторы напряжения — остается только гадать. Здравого смысла в этом нет, видимо, они рассчитывают произвести впечатление на технически неграмотных пользователей, для которых «чем больше, тем лучше».

Кстати, нелишне будет отметить, что сегодня не производится 12- и тем более 24-канальных PWM-контроллеров, управляющих фазами питания. Максимальное количество каналов в PWM-контроллерах равно шести. Следовательно, когда применяются регуляторы напряжения с количеством фаз более шести, производители вынуждены устанавливать несколько PWM-контроллеров, которые работают синхронно. Напомним, что управляющий PWM-сигнал в каждом канале имеет определенную задержку относительно PWM-сигнала в другом канале, но эти временные смещения сигналов реализуются в пределах одного контроллера. Получается, что при применении, к примеру, двух 6-канальных PWM-контроллеров для организации 12-фазного регулятора напряжения фазы питания, управляемые одним контроллером, попарно объединены с фазами питания, управляемыми другим контроллером. То есть первая фаза питания первого контроллера будет работать синхронно (без временного сдвига) с первой фазой питания второго контроллера. Динамически переключаться фазы будут, скорее всего, тоже попарно. В общем, получается не «честный» 12-фазный регулятор напряжения, а скорее гибридная версия 6-фазного регулятора с двумя каналами в каждой фазе.

Сергей Пахомов, мой коллега из Компьютер-Пресс; 8-2009

• Нравится

Понравилась публикация? Почему нет? или подпишись на feed и получай список новых статей автоматически через feeder.

Коннекторы БП

В блоке питания присутствуют основные коннекторы (электрические соединители), используемые ранее в старых БП, с подачей напряжений 3,3, 5 и 12 Вольта. Каждый контакт коннектора это один Pin. 

Материнская плата подключается к БП по коннектору (папа) 24 Pin (так называемой шине), который с усовершенствованием системных плат претерпел изменений. Предыдущие поколения материнских плат подключались к БП по шине в 20 Pin.

Из-за этого, чтобы поддерживать любой вид подключения к материнской плате, коннектор выполнен в виде разборной конструкции с 20 Pin основной и 4 Pin дополнительный разъем питания.

Если материнке нужно только 20 Pin, коннектор 4 Pin снимается (потяните вниз по пластмассовым рельсам) и отгибается для удобства установки 20-ти пиновой шины.

Для запитки оптических дисков и иных накопителей с интерфейсом подключения PATA (Parallel ATA) используются коннекторы molex 8981 (по названию фирмы разработчика-производителя).

Сейчас вытеснены современным интерфейсом подключения SATA (Serial ATA) для накопителей всех видов.

Обычно, для питания накопителей, в БП присутствует два специальных разъема в 15 Pin (или существует переходник для питания PATA HDD — SATA HDD).

Совет! Подключить современный жесткий диск можно и через molex, однако подключение через SATA и molex одновременно не рекомендуется, так как HDD может не выдержать нагрузки и сгореть.

Центральному процессору необходимо питание от коннектора 4 или 8 Pin (может быть разборной).

Видеокарте нужно питание 6 или 8 Pin. Коннектор может быть разборным на 6+2 Pin

Некоторые современные БП могут содержать устаревший 4 Pin коннектор для флоппи дисководов, картридеров и т.д.

Также 3 и 4 Pin коннекторы используются для подключения кулеров.

Как работают фазы питания VRM?

Одна фаза VRM представляет собой совокупность драйвера, полевых транзисторов, дросселя и конденсатора.

Упрощенная блок-схема полноценной фазы питания:

Полноценная блок-схема одной фазы питания процессора:

Типовая электрическая схема одной фазы питания процессора:

Как видно из схемы, один из МДП-транзисторов (верхнее плечо) стоком подключен к шине питания +12 В, а второй (нижнее плечо) — истоком к массе.

В большинстве случаев в VRM используется запараллеливание нескольких фаз для выигрыша мощности и улучшения режима работы использующихся компонентов.

Упрощенная схема трехфазного VRM:

Каждая фаза питания VRM состоит из следующих электронных элементов:

• двух полевых транзисторов (MOSFET-ов, Metal-Oxyd Semiconductor Field Effect Transistors) и драйвера управления;
• дросселя (choke);
• конденсатора (capacitor).

Полевые транзисторы фаз управляются ШИМ-контроллером (PWM chip), который формирует управляющие импульсы, открывающие (в нужное время) затворы силовых транзисторов через драйвер.

Функционально каждая фаза состоит из трех частей: цепей логики, силовой части и фильтра.

Логическая часть VRM состоит из контроллера напряжения (voltage controller) и ШИМ-контроллера (Pulse Width Modulator).

Задача контроллера ШИМ – отслеживать выходное напряжение и управлять драйверами и удвоителями (если последние есть в схеме)

В зависимости от состояния питания на выходе VRM корректируется значение скважности управляющих ШИМ-импульсов, которые используются драйверами для открытия/закрытия затворов ключевых транзисторов

Для стабилизации выходного напряжения используется изменение скважности импульсов ШИМ через цепь обратной связи, в которой происходит сравнение референсного и выходного напряжений:

Драйвера и удвоители (doublers) непосредственно соединены с MOSFET-ами и являются составными элементами силовой части VRM. Задача драйвера – создать управляющий транзистором сигнал нужного напряжения.

Драйвер осуществляет прямое управление процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером.

Удвоитель делит на два частоту сигнала от ШИМ и распределяет полученные управляющие импульсы по виртуальным фазам. Он создает нужное для полевого транзистора управляющее напряжение, а время открытия и закрытия транзисторов определяет ШИМ.

Блок-схема двух виртуальных фаз питания, полученных с помощью дублирования сигнала ШИМ-контроллера:

Пример использования удвоителя для получения12 виртуальных фаз с шестиканальным контроллером ШИМ:

Использование удвоителей позволяет снизить требования к максимальному току через транзисторы силовых ключей. При этом в жертву приносится форма выходного напряжения. Это происходит из-за уменьшения вдвое частоты следования управляющих ШИМ-импульсов на виртуальных фазах.

Управляющие импульсы от ШИМ-контроллера в схеме с удвоителями делятся на две фазы:

Выходные импульсы с удвоителя имеют уменьшенную вдвое частоту по сравнению с исходным сигналом от ШИМ-контроллера:

В фильтрующей части VRM с помощью конденсаторов производится сглаживание и фильтрация выходного напряжения от помех.

Блок-схема четырехфазной схемы VRM процессора:

Схема восьмифазного VRM материнской платы:

Как настроить тонко электропитание процессора

Разница в производительности

Примечание: рекомендую вам запустить тест в WinRAR сначала до оптимизации настроек (и запомнить общую скорость), и затем провести тест после оптимизации. Далее просто сравнить эти числа, в ряде случаев удается выжать из ЦП еще 10-20%!

Важный момент!

Как уже сказал выше, в первую очередь этот вопрос касается многоядерных процессоров (4 ядра и выше). Чтобы узнать количество ядер своего ЦП — просто запустите утилиту , и посмотрите в нижнюю часть окна: в графе Cores увидите кол-во ядер (пример ниже).

CPU-Z — 4 Cores (4 ядра, 8 потоков)

1) И так, начать нужно с настройки реестра.

Тут дело в том, что Windows по умолчанию скрывает часть настроек электропитания. Чтобы их открыть для редактирования, необходимо внести определенные изменения в реестр. Проще всего это сделать с помощью уже готового файла настроек, который нужно просто запустить и согласиться с добавлением параметров в системный реестр. Вот подготовленный файл: core_parking (нужно извлечь его из архива и запустить. Архив запакован с помощью WinRAR, актуален для Windows 7-10).

Редактор реестра — настройки успешно внесены в реестр

На всякий случай приведу текст этого файла чуть ниже (в целях безопасности, вдруг кто-то усомниться в файле, и пожелает вносить изменения в реестр вручную).

2) Настройка схемы электропитания

Теперь необходимо открыть панель управления Windows раздел «Оборудование и звук/Электропитание». После перейти в настройки текущей схемы электропитания (т.е. ту, которая сейчас у вас используется). В моем случае это сбалансированная (см. скриншот ниже).

Настройка текущей схемы электропитания

Далее нужно открыть дополнительные настройки питания.

Изменить дополнительные параметры питания

Теперь самое главное (см. скриншот ниже):

Дополнительные параметры электропитания

Сохраните настройки и перезагрузите компьютер!

3) Еще раз о режиме питания (касается в первую очередь ноутбуков)

После перезагрузки компьютера (ноутбука) — обратите внимание на режим питания (кликните по батарейке в трее). Выставите производительность на 100%!

Макс. производительность

Кроме этого, обратите внимание на центры управления ноутбуком, которые могут идти в комплекте к вашим драйверам (например, такие есть у устройств от Lenovo, Sony и пр.). В них также устройство нужно перевести в режим высокой производительности

Питание ноутбука // менеджер ноутбука

4) Тестирование быстродействия

После чего можно запустить WinRAR и провести тест быстродействия. Как правило, после точечной настройки электропитания наблюдается рост цифр (т.к. система перестает ограничивать ЦП, и он может начать работать на весь свой потенциал).

Тестирование — WinRAR / Кликабельно

Дополнение!

Чтобы посмотреть, как идет нагрузка на ядра ЦП — откройте «Диспетчер задач» (Ctrl+Shift+Esc) и перейдите во вкладку «Производительность». Далее щелкните правой кнопкой мышки по графику загрузки ЦП и в меню выберите «Изменить график/Логические процессы». См. скрин ниже.

Диспетчер задач — производительность

В результате у вас будет не один график, а несколько, в зависимости от количества ядер (потоков).

Все ядра загружены

Обратите внимание, при нагрузке (например, тестировании) — в идеале все ядра должны быть загружены (как на скриншоте ниже)

При нагрузке

Для более показательного теста работы ЦП рекомендую воспользоваться утилитой AIDA64 (ссылку на инструкцию привожу ниже).

PS

В рамках этой статьи не могу не порекомендовать еще одну статью на похожую тему. Она касается в первую очередь ноутбуков (т.к. в ряде случаев у них в настройках по умолчанию отключен Turbo Boost, в следствии чего устройство работает медленнее, чем потенциально могло бы…).

На этом пока все…

Удачной работы!

RSS 
(как читать Rss)