VRM در مادربرد چیست و چرا مهم است؟

تنظیم قدرت برای محافظت از مادربرد و اجزای آن بسیار مهم است.

برای اکثر علاقه مندان به رایانه شخصی، انتخاب مادربرد مناسب شامل ملاحظات کلیدی مانند فاکتور فرم، سازگاری CPU، پیکربندی حافظه، گزینه های اتصال و اورکلاک کردن فضای سر است. با این حال، یکی از اجزای اصلی مادربرد که اغلب مورد توجه قرار نمی‌گیرد، حتی در برگه مشخصات، VRM (ماژول تنظیم‌کننده ولتاژ) آن است – یک مدار الکترونیکی که مسئول تضمین پایداری کلی سیستم است.

برای ارزیابی اهمیت این تنظیم‌کننده سوئیچینگ نادیده گرفته شده، اجازه دهید دقیقاً به عملکرد یک VRM، اجزای مرتبط با آن، نحوه تمایز بین یک VRM با کیفیت بالا و مهندسی ضعیف و همچنین تأثیر آن بر عملکرد CPU بپردازیم.

VRM چگونه کار می کند؟

در هسته خود، ماژول تنظیم کننده ولتاژ در مادربرد شما (که به عنوان ماژول قدرت پردازنده نیز شناخته می شود) یک مبدل باک تخصصی (DC به DC) است که ولتاژها را تنظیم و تبدیل می کند تا با نیازهای خاص CPU، حافظه و سایر موارد هماهنگ شود. اجزاء. VRM ها را به عنوان منبع تغذیه کوچک در نظر بگیرید، مشابه واحد اصلی، که 120 یا 240 ولت AC را از پریز برق می گیرد و آن را به ولتاژ DC بسیار پایین تر (12V/5V/3.3V) کاهش می دهد.

در این راستا، VRM های مادربرد همان عملیات PSU را انجام می دهند، اما در سطح ثانویه. هدف اصلی آنها تبدیل 12 ولت ورودی از کانکتورهای 8/4 پین EPS به ولتاژ کاری مناسب برای CPUهای مدرن (معمولاً در محدوده 1.1-1.5 ولت) است.

علاوه بر این، VRM ها در انتقال ولتاژ تمیز و ثابت به هر جزء پر انرژی در رایانه شخصی شما نقشی اساسی دارند و احتمال هر گونه افزایش ناگهانی یا VDroops را کاهش می دهند. مدارهای تنظیم ولتاژ به دلیل قابلیت تبدیل ثابت خود، به چندین نسل از CPUها (با ولتاژ هسته دینامیک) اجازه می دهند تا بر روی یک چیپست مادربرد سازگار بهینه عمل کنند.

اجزای یک VRM

در حالی که بسیاری از ما VRM را یک واحد مستقل و مستقل می‌دانیم، این مخفف مجموعه‌ای از قطعات الکترونیکی متمایز را نشان می‌دهد که سوکت CPU (LGA یا PGA) و اسلات‌های DIMM روی مادربرد ما را احاطه کرده است. مدارهای تنظیم ولتاژ برای کسانی که راه اندازی نشده اند، ترکیبی از سوئیچ های ماسفت را در خود جای داده اند که به صورت پشت سر هم با خازن ها، چوک ها و کنترل کننده های PWM کار می کنند تا فرآیند فازبندی برق را تسهیل کنند.

در اینجا یک مرور کلی از تمام اجزای ضروری تشکیل دهنده VRMهای مادربرد آورده شده است.

مطلب مرتبط: پورت های TCP و UDP چیست؟

1. ماسفت ها

ماسفت ها (ترانزیستورهای اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی) به عنوان دروازه های عایق عمل می کنند که سیگنال های الکترونیکی را در مدار تنظیم ولتاژ تقویت یا تضعیف می کنند. به عبارت ساده تر، این نیمه هادی ها جریان جریان به CPU را بر اساس سیگنال ها و مقادیر دریافتی از تراشه کنترل کننده PWM کنترل می کنند.

یک VRM تک فاز از دو سوئیچ ماسفت (سمت پایین و سمت بالا) برای کمک به تعدیل ولتاژ متوسط خروجی یک مدار با تغییر متناوب یک ولتاژ ورودی استفاده می کند. از آنجایی که مکانیسم سوئیچینگ صدها بار در ثانیه اتفاق می‌افتد، ماسفت‌ها تمایل دارند مقدار زیادی گرما تولید کنند، با دمایی که به طور بالقوه می‌تواند تحت بارهای سنگین یا بدون خنک‌سازی کافی از 150 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند.

در نتیجه، این نیمه هادی ها اغلب به سینک های حرارتی غیرفعال، فن های مینیاتوری، یا بلوک های آب مجهز می شوند تا مشکلات گرمای بیش از حد را کاهش دهند و کارایی عملیاتی را بهبود بخشند.

2. خفگی

چوک ها سلف های مکعبی شکلی هستند که سیگنال های AC فرکانس بالا را به فرکانس های پایین تر یا جریان های مستقیم در مدار تنظیم ولتاژ تبدیل می کنند. این دستگاه الکترونیکی با داشتن یک هسته مغناطیسی به شکل دونات با یک سیم پیچ عایق که دور آن پیچیده شده است، یک هدف دوگانه دارد: ذخیره سازی، فیلتر کردن، و اصلاح نیرو و توانایی تنظیم انتقال نیرو در سناریوهای شدید مانند اورکلاک یا ولتاژ بیش از حد.

علاوه بر این، لازم به ذکر است که هر چوک مربوط به یک فاز قدرت در مادربرد شما است. هرچه تعداد فازها بیشتر باشد، انتقال ولتاژ به CPU شما پایدارتر خواهد بود.

3. خازن ها

برخلاف چوک ها، خازن ها انرژی را در یک میدان الکتریکی ذخیره می کنند و در صورت لزوم، جریان انباشته شده را به سرعت در مدارهای متصل تخلیه می کنند. هدف اصلی این قطعات استوانه ای، جلوگیری از افزایش ناگهانی ولتاژ و به حداقل رساندن امواج در مدار تنظیم ولتاژ است.

در زمینه VRM های مادربرد و فازهای مربوط به آنها، خازن ها که به عنوان واحدهای ذخیره موقت عمل می کنند، جریان الکتریکی دریافتی از چوک ها را جمع آوری کرده و توان لازم را به CPU شما می رسانند. هر بار اضافی از این دستگاه ها از طریق زمین مدار جذب یا آزاد می شود.

4. کنترلرهای PWM

کنترل‌کننده‌های PWM (مدولاسیون عرض پالس) یا آی‌سی‌های درایور (مدارهای مجتمع) پالس‌های PWM را تولید می‌کنند که متعاقباً به اجزای آنالوگ اصلی یک مدار تنظیم ولتاژ – ماسفت‌ها و چوک‌ها هدایت می‌شوند. علاوه بر نظارت، این کنترل‌کننده‌های چند فازی به‌صورت پویا، تحویل توان به CPU را تنظیم می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند در طول بارهای کاری فشرده، اوج راندمان را حفظ کنند.

مطلب مرتبط: کلاهبرداری های پرداخت عوارض در حال افزایش هستند: در اینجا نحوه شناسایی یک مورد آورده شده است

در اصل، کنترل‌کننده PWM ولتاژ مرجع CPU شما (که در بایوس به آن VRef نیز گفته می‌شود) را دریافت می‌کند و آن را با ولتاژ غالب VRM مادربرد اندازه‌گیری می‌کند. هر گونه تفاوت بین VRef و ولتاژ واقعی این دستگاه را وادار می کند تا سیگنال ها را مجدداً تنظیم کند و ولتاژ خروجی را فوراً تعدیل کند.

اجزای اصلی یک VRM نیز با دیودها و مقاومت‌ها تکمیل می‌شوند که از عبور جریان الکتریکی از آستانه‌های مشخص شده به این دستگاه‌ها محافظت می‌کنند.

VRM های چند فازی روی مادربرد

CPU ها و GPU های مدرن به یک سیستم تحویل توان قوی نیاز دارند که فراتر از قابلیت های یک VRM تک فاز است. برای دستیابی به یک روش انتقال نسبتاً پایدار و کارآمد، سازندگان مادربرد تقریباً همیشه چندین مبدل باک را به صورت موازی ترکیب می‌کنند و یک راه‌حل VRM چند فازی ایجاد می‌کنند.

برای شروع، چیدمان پلکانی یک راه‌اندازی VRM چند فازی، بار را به مراحل جداگانه قدرت تقسیم می‌کند و آن را در یک منطقه فیزیکی وسیع‌تر توزیع می‌کند. این رویکرد پیچیده مدیریت توان، ولتاژ عملیاتی تمیز و دقیقی را به CPU ارائه می‌کند و تولید گرما و استرس را در اجزای اصلی کاهش می‌دهد.

هنگام خرید یک مادربرد کاملاً جدید، احتمالاً با اصطلاحات طراحی توان فاز در مواد بازاریابی آن روبرو خواهید شد که نشان دهنده تخصیص فازها به PCB (برد مدار چاپی) است. این مشخصات اغلب توسط سازندگان در قالب «A+B» (8+2) یا «X+Y+Z» (16+2+2) تبلیغ می‌شود—مقدار اولیه قبل از علامت «+» تعداد فازها را نشان می‌دهد. به CPU اختصاص داده شده است، در حالی که ترکیب زیر علامت مثبت مربوط به سایر اجزای مهم در یک مادربرد است. (رم، چیپست، iGPU و غیره).

با این حال، در مواردی که تعداد واقعی فازهای رزرو شده برای CPU از 8 بیشتر می‌شود، همانطور که در عناوینی مانند “18+2” یا حتی بالاتر دیده می‌شود، سازندگان مادربرد تمایل دارند از یک دستگاه فریبنده به نام دوبلر استفاده کنند. به بیان ساده، دوبل کننده های VRM به سازندگان اجازه می دهد سیگنال های کنترلی را برای یک فاز تقسیم کنند و به طور موثر تعداد فازها را از نقطه نظر کنترل دو برابر کنند. با این حال، مزایا ممکن است به اندازه مراحل اضافی واقعی قابل توجه نباشد.

مطلب مرتبط: 6 دلیل که Nvidia RTX 2060 بهتر از RTX 3050 است

علاوه بر این، گنجاندن دوبلرها در یک راه‌اندازی VRM 8 فازی “True” باعث بهبودهای قابل توجهی در فرآیند فازبندی برق با هزینه تولید کمتر می‌شود.

چگونه می توان بین یک پیکربندی VRM با کیفیت بالا و با مهندسی ضعیف تفاوت قائل شد؟

هنگام ارزیابی مادربردها بر اساس کیفیت پیکربندی های VRM آنها، فاکتورهای متعددی نقش دارند. حتی اگر قصد ندارید CPU خود را اورکلاک کنید، یک راه حل VRM با طراحی ضعیف می تواند مکانیسم انتقال انرژی را با اختلاف قابل توجهی خراب کند و منجر به بی ثباتی سیستم، خرابی، BSOD و سایر مشکلات آشکار شود.

در اینجا نحوه تمایز بین پیکربندی VRM سطح بالا و پیکربندی که بسیار کمتر از انتظارات است، آمده است.

طراحی فاز برق: یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای تعیین کیفیت پیکربندی VRM، بازرسی فیزیکی تعداد کل چوک‌های قابل مشاهده بر روی مادربرد است. برای یک چیپست سطح پایه مانند AMD A620، شما باید بتوانید حداکثر چهار تا شش فاز برق را که در زیر یک هیت سینک پنهان شده اند، قرار دهید. در مقابل، یک مادربرد میان رده یا رده بالا از تعداد فازهای بسیار بزرگتری برای مدیریت اجزای پرقدرت بهره می برد.
خازن‌های مقاوم در برابر نشتی: VRMهای با کیفیت بالا از خازن‌های حالت جامد استفاده می‌کنند که اغلب به‌عنوان «خازن ژاپنی»، «خازن تاریک» یا «کلاه‌های Hi-C» به بازار عرضه می‌شوند. در مقایسه با همتایان الکترولیتی خود، خازن های جامد دارای نرخ تحمل بسیار بالاتری هستند و کمتر مستعد پیری هستند.
چوک های آلیاژی ممتاز: ما توصیه می کنیم روی مادربردی سرمایه گذاری کنید که از SFC (چوک های سوپر فریت) یا چوک های آلیاژی ممتاز استفاده می کند زیرا انرژی کمتری مصرف می کنند، در برابر خوردگی مقاومت می کنند و تداخل الکترومغناطیسی کمتری ایجاد می کنند.

البته، بررسی مادربرد قبل از خرید آسان نیست. با این حال، همیشه می‌توانید هنگام رسیدن به آن نگاه خوبی به آن ببخشید، سپس اگر کاملاً خوب نیست، آن را پس بفرستید.

VRMهای مادربرد: قهرمان گمنام محاسبات مدرن

اساساً، مفهوم VRM می تواند کاملاً پیچیده باشد زیرا شامل مجموعه ای از اصطلاحات فنی (MOSFET ها، چوک ها، خازن ها، کنترل کننده های PWM و غیره) است که ممکن است برای علاقه مندان عادی رایانه شخصی ناآشنا باشد. با وجود چنین پیچیدگی‌هایی، VRMهای مادربرد به عنوان ستون فقرات انتقال ولتاژ کارآمد به CPU و سایر اجزای ضروری در رایانه شخصی شما عمل می‌کنند.