врм что это в компьютере
Что такое VRM на материнской плате?
Всем привет! Сегодня обсудим VRM на материнской плате — что это такое, где находится, как работает, за что отвечает и влияет ли на производительность компьютера.
Вы, вероятно, уже знаете, но возьму на себя смелость напомнить, что блок питания отвечает за преобразование переменного тока в постоянный, подавая на системную плату напряжение 12 Вольт. Однако его потребляют не все компоненты: например, CPU для работы требуется всего полтора вольта.
Со стороны пользователя не нужно никаких телодвижений, кроме как правильно подключить блок питания при сборке компа. За распределение энергии и стабильную ее подачу на ЦП отвечает ВРМ, модуль регулировки напряжения.
Это зона, которая находится вокруг сокета процессора — не отдельный модуль, а набор контроллеров, дросселей и конденсаторов, что дают в итоге ток необходимой силы.
Важное условие: цепи питания должны подавать электроэнергию без скачков напряжения, иначе возможен выход из строя деликатной начинки ПК.
Еще эти элементы называют по-другому фазой питания. Проходя через нее, энергия передается на комплектующие в виде импульса, то есть порционно. Чтобы сгладить возможные скачки, принято использовать сразу несколько фаз.
В среднем, на современных системных платах количество цепей питания, выравнивающих напряжение, от 4 до 8, чего вполне достаточно. Импульсы смещены один относительно другого таким образом, чтобы на выходе было стабильное напряжение необходимой величины.
Также надо добавить, что ВРМ для подачи «ровного» тока на центральный процессор, но и в видеокарте для выравнивания подаваемой на графический процессор энергии. Хотя принцип его работы несколько отличается от ЦП, требования относительно стабильного тока те же, а скачки могут привести к серьезной поломке.
Выход из строя одного из компонентов ВРМ приводит к тому, что на процессор не подается ток необходимой силы. Соответственно, компьютер и не включится, пока не будет выполнен ремонт.
Советую почитать на эту тему статьи « Температура VRM материнской платы » и « Как узнать температуру VRM системной платы ». Буду признателен, если вы поделитесь этой статьей в социальных сетях. До скорого!
Что такое VRM материнской платы
Содержание
Содержание
VRM (Voltage Regulator Module) является неотъемлемым и одним из важнейших элементов материнской платы, который отвечает за питание центрального процессора. Высокочастотные чипы, такие как ЦПУ компьютера, очень чувствительны к качеству питания. Малейшие неполадки с напряжением или пульсациями могут повлиять на стабильность работы всего компьютера. VRM представляет собой не что иное, как импульсный преобразователь, который понижает 12 вольт, идущие от блока питания, до необходимого процессору уровня. Именно от VRM зависит подаваемое на ядра напряжение.
Принцип работы VRM был описан в более ранней статье, а сейчас мы рассмотрим, из чего состоит подсистема питания процессора.
VRM состоит из пяти основных составляющих: MOSFET-транзисторы, дроссели, конденсаторы, драйверы и контроллер.
Транзисторы
«MOSFET» является аббревиатурой, которая расшифровывается как «Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor». Так что MOSFET — это полевой МОП-транзистор с изолированным затвором.
Дроссели
Дроссели — это катушки индуктивности, которые стабилизируют напряжение. Вместе с конденсаторами они образуют LC-фильтр, позволяющий избавиться от скачков напряжения и уменьшить пульсации. В современных материнских платах дроссели выглядят как темные кубики, находящиеся около МОП-транзисторов.
Конденсаторы
В современных платах твердотельные полимерные конденсаторы уже давно вытеснили электролитические. Это связано с тем, что полимерные конденсаторы имеют намного больший срок эксплуатации. Конденсаторы помогают стабилизировать напряжение и уменьшать пульсации.
Контроллер
Контроллер — чип, рассчитывающий, с каким сдвигом по времени будет работать та или иная фаза. Является «мозгом» всей VRM.
Драйвер
Драйвер — это чип, исполняющий команды контроллера по открытию или закрытию полевого транзистора.
Охлаждение — зачем оно нужно
Существует прямая связь между энергопотреблением процессора и нагревом VRM. Чем больше потребляет процессор, тем больше нагрузка на цепи питания, и, следовательно, больше их нагрев. MOSFET-транзисторы во время работы выделяют значительное количество тепла. Поэтому на них устанавливают пассивное охлаждение в виде радиатора, чтобы избежать перегрева и нестабильной работы. Производители материнских плат начального уровня часто экономят на этом, оставляя цепи питания без охлаждения, что, конечно, не очень хорошо, но не слишком критично, поскольку на подобные материнские платы обычно не ставят топовые процессоры с высоким TDP.
На транзисторы цепей питания можно не ставить охлаждение при условии, что температура во время нагрузки не будет превышать допустимых значений. Поэтому без охлаждения VRM очень нежелательно устанавливать «прожорливые» процессоры. На материнских платах, рассчитанных под оверклокинг, обязательно имеется охлаждение.
В самых топовых платах, помимо обычного радиатора, можно встретить испарительную камеру или водоблок для подключения к контуру СЖО.
Количество фаз
У неопытных пользователей именно эта характеристика зачастую становится ключевой при выборе материнской платы. Производители знают об этом и часто прибегают к различным уловкам. Чаще всего можно встретить использование двойного набора компонентов для одной фазы, что создает видимость большего количества фаз. Количество и характеристики фаз обычно не указываются производителями в расчете на то, что неопытный покупатель увидит много дросселей и купит плату, решив, что «больше — лучше».
Чтобы узнать реальное количество фаз и используемые компоненты, нужно посмотреть характеристики установленного на материнскую плату ШИМ-контроллера в технической спецификации. Количество дросселей далеко не всегда говорит о реальном количестве фаз. Кроме того, стоит учитывать, что некоторые драйверы способны работать в качестве удвоителя фазы. Это позволяет увеличить количество фактических фаз без использования более продвинутого ШИМ-контроллера.
Конфигурация фаз питания
В описаниях материнских плат часто можно увидеть такие обозначения, как 8+2, 4+1, и т. п. Эти цифры означают количество фаз, отведенных на питание ЦПУ и остальных элементов. Например, 8+2 означает, что 8 фаз отведено на питание ядер процессора, а оставшиеся 2 рассчитаны на контроллер памяти.
От количества фаз зависит уровень пульсаций, действующих на процессор. Чем больше фаз, тем меньше пульсаций тока. Большее количество фаз означает большее количество MOSFET-транзисторов в цепи, что положительно сказывается на температурных показателях. Кроме того, чем больше транзисторов, тем легче будет поставить высокое напряжение на ядра, что позитивно скажется на оверклокинге. В большом количестве фаз, по большому счету, имеются только плюсы. Главным и единственным недостатком, пожалуй, является лишь высокая цена.
Перегревается VRM видеокарты — причины и как решить
Содержание
Содержание
Бывают случаи, когда видеокарта сбрасывает драйвер, либо изображение может на короткое время исчезнуть при интенсивной игре. Одной из причин такого поведения может быть перегрев VRM видеокарты. О диагностике и путях решения данной проблемы и поговорим.
Что такое VRM
Прежде чем определить причины и пути решения перегрева VRM (регулятора и преобразователя напряжения) видеокарты, следует рассмотреть устройство самой видеокарты. Близится к концу 2021 год, современные видеокарты состоят из нескольких десятков миллионов транзисторов, потребляют до полу киловатта энергии и имеют очень сложные системы охлаждения.
Но так было не всегда. Чтобы выяснить, из каких ключевых элементов состоит видеокарта и как эти компоненты эволюционировали, для примера возьмем видеокарту Nvidia GeForce 7800 GT, которая появилась в далеком 2005 году. Итак, основные составляющие видеокарты:
В середине 2000-х мощные видеокарты имели как правило один разъем питания, а их TDP были менее 100 Вт. Энергопотребление рассматриваемой в качестве примера Nvidia GeForce 7800 GT равнялось тогда всего 65 Вт.
Теперь разберемся, из каких компонентов состоит VRM видеокарты. Для регулировки и преобразования подаваемого напряжения на видеопроцессор и видеопамять используется регулятор питания напряжения или VRM, который состоит из следующих основных компонентов: МОП-транзисторов (их еще называют мосфетами, MOSFET), катушек индуктивности (дросселей) и конденсаторов. Управляет этими элементами ШИМ или PWM контроллер. Более подробно об этих компонентах и принципах их работы можно прочитать в статье «Как работает VRM на материнской плате и видеокарте компьютера».
VRM видеокарт из середины 2000-х обычно насчитывал 1–3 фазы, где на GPU приходилась одна либо две фазы, и одна фаза приходилась на питание видеопамяти. Так как количество потребляемой энергии таких видеокарт было небольшим по современным меркам, то зона VRM охлаждалась потоком выдуваемого воздуха системой охлаждения видеокарты либо вообще оставалась без активного обдува и каких-либо радиаторов. Ниже на фото Nvidia GeForce 7800 GT с системой охлаждения, где отчетлива видна ничем не прикрытая зона VRM.
А теперь перенесемся в дни сегодняшние. В качестве примера возьмем Asus ROG Strix LC GeForce RTX 3080 Ti OC Edition. Эта современная и производительная видеокарта имеет 12 Гб видеопамяти, 22 фазы питания (18 для GPU и 4 для VRAM), а ее пиковое энергопотребление составляет целых 400 Вт. За 15 лет аппетиты современных видеокарт заметно возросли.
Соответственно, все элементы VRM занимают уже практически половину всей площади PCB. А система охлаждения из воздушной трансформировалась в гибридную.
У современных видеокарт VRM может находиться как справа от GPU, так и слева. Если количество фаз питания видеокарты невозможно разместить на одной из сторон, тогда элементы VRM могут находиться по обе стороны от GPU, как в случае с выше рассматриваемой видеокартой от ASUS.
VRM отвечает за регулирование и преобразование питания видеокарты, и через него проходят токи с силой 50–60 ампер. Соответственно, чем дольше видеокарта занята отрисовкой 3D полигонов, тем выше нагрев цепей питания и всех компонентов VRM, а также видеопроцессора и видеопамяти. MOSFET-транзисторы во время работы выделяют большое количество тепла, поэтому они нуждаются в пассивном охлаждение в виде радиаторов как минимум, а еще лучше, чтобы система охлаждения видеокарты дополнительно обдувала зону VRM.
Как проверить перегрев VRM
Итак, нагрев и перегрев системы VRM видеокарты может стать серьезной проблемой и результатом нестабильной работы видеокарты и даже причиной ее выхода из строя. Чтобы определить, какая температура VRM у вашей видеокарты, следует использовать диагностические утилиты: Aida64, GPU-Z, MSI Afterburner, HWMonitor, SiSoftware Sandra и другие. Как правило, за отображение температуры VRM видеокарты отвечает датчик или датчики GPU VRM1, GPU VRM2 и так далее, в зависимости от того, сколько датчиков предусмотрел производитель вашей видеокарты.
Выше на скриншоте показания двух датчиков VRM на двух установленных видеокартах по данным AIDA 64, а ниже можно увидеть показания температур VRM в GPU-Z:
Если при полной загрузке в 3D температура VRM находится в пределах 50–70 °C, то можно не волноваться — такая температура считается нормальной. Хотя чем ниже, тем лучше естественно. Но, если температурные показания перешагивают за отметку 85 °C и выше, то стоит задуматься и начинать предпринимать какие-то меры.
Как снизить нагрев
А теперь пути решения проблем, если по данным мониторинга, температура VRM вашей видеокарты показывает цифры более 85 °C.
Первое что следует предпринять — почистить систему охлаждения видеокарты от пыли. Возможно, пыль забила пространство между ребрами радиатора и мешает обдуву или продуву радиатора VRM, в зависимости от исполнения системы охлаждения VRM.
Затем нужно разобрать систему охлаждения и проверить плотность прилегания радиатора СО видеокарты и компонентов VRM видеокарты — возможно, высохла термопаста или используемые термопрокладки отслужили свой срок. В таком случае оба термоинтерфейса необходимо будет заменить. При выборе термопрокладок обратите внимание на параметр теплопроводности, измеряемый в Вт/(м·К). Чем больше Ватт отводит приобретаемая термопрокладка, тем лучше.
Если два простых вышеописанных способа не помогли, необходимо прибегнуть к программным методам решения проблемы. Если видеокарта разогнана, необходимо убрать разгон. Если температура VRM не изменилась либо вы не разгоняли видеокарту можно понизить питающее напряжение на GPU и немного сбросить частоты, либо уменьшить значение Power Limit (PL). В результате этих действий уменьшится энергопотребление видеокарты и снизятся температуры. Вариантов, как это сделать, здесь также несколько. Первый — с помощью утилиты MSI Afterburner, второй — изменить этот параметр в BIOS видеокарты, для чего понадобится процедура перепрошивки BIOS.
Если эти три метода не помогли, то остаются два кардинальных. Начнем с первого — это замена системы охлаждения видеокарты. Существуют различные виды и типы охлаждений, от приобретения Full cover водяного охлаждения для видеокарты до использования специальных решений или подручных средств. Ничто вам не мешает закрепить под видеокартой вентилятор и настроить его обдув на зону VRM видеокарты. Все будет зависеть от конструктивных особенностей вашей видеокарты и вашего бюджета.
Последним вариантом может быть даже замена корпуса. Если вы используете старый корпус, либо он недостаточно продуваем, и из-за высокой температуры внутри корпуса происходит нагрев видеокарты и всех компонентов системы, то стоит задуматься о приобретении нового хорошо продуваемого корпуса.
Такое решение вопроса с перегревом VRM вам точно придется по нраву, так как новый корпус со дня покупки будет вас радовать каждый день.
За температурными показателями всех компонентов современных компьютеров пользователю следует пристально следить. Даже если вы приобрели новый компьютер или купили новую видеокарту, установите одну из диагностических утилит и пробежитесь по ее показаниям. Все рабочие температуры всех компонентов системы должны быть в разумных пределах.
Часто пользователи обращают свое внимание только на температуру центрального процессора и графического ядра видеокарты, забывая о VRM видеокарты. Теперь должно быть понятно, как следить за температурными показателями и что делать, если температура VRM видеокарты близка к критической. Лучше диагностировать проблему на ранней стадии, чем обращаться потом в сервис за ремонтом.
Как работает VRM на материнской плате и видеокарте компьютера
Содержание
Содержание
Преобразователи напряжения используются везде и всюду. Будь то огромные многотонные трансформаторы на электроподстанциях, обычные 50-герцовые трансформаторы в домашней аппаратуре или сложные импульсные схемы с умными микроконтроллерами. Любой электроприбор имеет собственные требования к питанию, да и отдельные узлы в этом приборе тоже привередливы к значениям напряжений. Вопрос — почему? Из статьи вы узнаете, зачем вообще нужны преобразователи и как работает DC-DC регулятор напряжения VRM на материнских платах и видеокартах. А еще можно посмотреть материнские платы с мощными схемами питания в каталоге.
Никакого единства…
В розетке 220 вольт, у блока питания 12 вольт, у зарядки телефона 5 вольт. Может сложиться впечатление, что инженерам нравится играть с напряжением, сначала повышая его до миллионов вольт на линиях электропередач, а потом до единиц вольт для питания центрального процессора. Почему люди не придумали какое-то единое значение напряжения и не используют его везде?
Определенно, центральный процессор — да и вообще любой другой микрочип — питать высоким напряжением прямо из розетки нельзя. Двенадцать вольт после блока питания тоже не подойдут. Во-первых, на микроскопическом уровне даже лишние пара десятых вольта могут привести к утечкам тока и повлиять на стабильность схемы. Во-вторых, чем выше напряжение, тем большее энергии расходуется на работу процессора. Поэтому с уменьшением техпроцесса разработчики стараются снизить и рабочий вольтаж. Когда-то процессоры, например, древний Intel 8086 выпуска 70-х годов, питались от 5 вольт, а современные работают всего от 1-1,4 вольта.
Блоки питания с напряжением 1 вольт на выходе — тоже не вариант, так как сила тока будет чрезмерно высокой — от нескольких десятков до сотен ампер. Ведь, снижая напряжение, растет сила тока при той же мощности. Вычислить силу тока можно, поделив мощность на напряжение.
Большая сила тока вставляет палки в колеса при подборе проводников из-за их сопротивления. Сопротивление — эффект, когда структура проводника мешает беспрепятственному протеканию тока по нему. Заряженные частицы врезаются на полной скорости в атомы проводника, чем и вызывают сопутствующий нагрев, а сами частицы теряют энергию. Это как бег с препятствиями. Вы тоже потеряете энергию, если во время бега по густому лесу будете влетать в деревья.
Сопротивление любого провода не нулевое, причем оно увеличивается с ростом его длины. Толщина провода также влияет на сопротивление. Поэтому, чтобы передать большую мощность при низком значении напряжения и высокой силе тока, придется использовать довольно толстые провода.
К примеру, напряжение на ЛЭП специально увеличивают до сотен тысяч вольт после электростанции, чтобы передавать мегаватты электрической мощности на значительные расстояния с помощью относительно тонких проводов.
И последнее. У любой электроники свое значение рабочего напряжения, а у процессора оно еще и регулируется в зависимости от нагрузки и условий работы. Так что договориться и сделать единую энергосистему с одинаковым значением напряжения попросту нереально.
Нет, без преобразователей ну никак не обойтись.
Устройство DC-DC преобразователя
Для питания микроэлектроники от постоянного напряжения используются DC-DC преобразователи, основанные на принципах широтно-импульсной модуляции — ШИМ. Их еще называют регуляторами напряжения — VRM.
Как это работает? Возьмите обычный вентилятор. Что будет, если вы его включите? Правильно, он будет дуть с одинаковой силой.
Что произойдет, если с равной периодичностью дергать рубильник — включать вентилятор всего на полсекунды, а на следующие полсекунды выключать? Двигатель вентилятора не может мгновенно набрать максимальную скорость вращения, поэтому за такой небольшой промежуток времени он как следует не разгонится. Но и остановиться за то же время он не успеет, так как продолжит крутиться по инерции. Так что вентилятор продолжит дуть, но с гораздо меньшей мощностью. Попробуйте поэкспериментировать со своим домашним вентилятором.
Выходит, если включать и выключать питание вентилятора, то вместо постоянного напряжения мы получим прерывистые импульсы той же амплитуды.
Так и работает простейший ШИМ-регулятор. Но вместо человека с выключателем используется транзистор — он то открывается на некоторое время (ВКЛ), то закрывается (ВЫКЛ). Только делает это с частотой не два раза в секунду (2 Гц), а десятки тысяч раз (10 кГц). Вы так точно не сможете. Такой транзистор называется «ключевым».
Кто-то может возмутиться: «Но, погодите, нам нужно получить напряжение в 1 вольт, а тут хоть и прерывистые, но те же 12 вольт, что и на входе! Кажется, нас обманывают!»
Действительно, таким образом питать процессор по-прежнему нельзя. Так что к ключевому транзистору (VT1) понадобятся еще несколько элементов: катушка индуктивности (L), конденсатор (C) и синхронный транзистор (VT2). Катушка и конденсатор образуют LC-фильтр.
Технически можно разделить цикл преобразования на две стадии: накачка энергии в катушку с конденсатором и стадию разряда.
Первая стадия — накачиваем энергию
Когда транзистор VT1 открыт, его собрат — синхронный транзистор VT2 — закрыт. В катушке L накапливается энергия, плавно нарастает ток и заряжается конденсатор C.
Вторая стадия — стадия разряда
Транзистор VT1 закрывается, открывается синхронный VT2 — он нужен, чтобы соединить вход катушки с отрицательным выводом нагрузки, создавая замкнутую цепь питания. Пусть мы и разорвали на этот краткий миг связь с источником питания, но катушка никуда не делась. Накопленная в катушке энергия теперь играет роль источника питания и поддерживает силу и направление тока, а конденсатор разряжается и питает нагрузку.
Затем транзистор VT1 снова открывается, а VT2 закрывается, и цикл начинается заново. Причем для наибольшей эффективности циклы повторяются с довольно высокой частотой — у современных компьютерных комплектующих миллионы раз в секунду (измеряется в мегагерцах, МГц).
Благодаря этому процессу мы получаем постоянное напряжение на нагрузке ниже, чем входное до ключевого транзистора. Импульсы как бы сглаживаются, образую близкую к прямой линию напряжения.
То, что линия напряжения не совсем прямая — это нормально. В реальных условиях идеальных LC-фильтров не бывает, и всегда присутствуют небольшие пульсации напряжения. И главное, подобрать параметры катушки и конденсатора таким образом, чтобы они не успевали разрядиться полностью к концу цикла. Тогда ток становится неразрывным.
К слову, ток на всей цепи примерно равен. А так как синхронный транзистор VT2 открыт несоизмеримо дольше — работать ему приходиться, что называется, за троих.
Как настраивается преобразователь
Уровень напряжения на нагрузке будет зависеть от длительности первой и второй стадий в рамках одного цикла. Ведь чем дольше открыт транзистор VT1, тем больше энергии успевает накопить катушка и тем выше будет по итогу напряжение после LC-фильтра.
Если мы поделим время первой стадии на длительность полного цикла, то получим коэффициент заполнения (D) от 0 до 100 %.
Чтобы узнать выходное напряжение (U out), нужно коэффициент заполнения умножить на входное напряжение (U in).
А чтобы узнать коэффициент заполнения, делим U out на U in.
Простой пример: чтобы получить типичное для центрального процессора напряжение в 1,2 вольта, то, поделив на входные 12 вольт (напряжение на выходе блока питания), получим D=0,1.
1,2 / 12 = 0,1 * 100 % = 10 %
Это значит, что первая стадия (накачки энергии) займет всего 10 % времени от общей длительности цикла, а оставшиеся 90 % времени уйдут на стадию разряда.
Когда одной фазы недостаточно
В мощных преобразователях часто используется не один канал с парой транзисторов, одной катушкой и одним конденсатором, а несколько параллельно подключенных каналов.
Как мы уже выяснили, любой проводник имеет ненулевое сопротивление и нагревается. Транзистор в ключевом режиме — тоже проводник, как обычный выключатель. И сопротивление (Rds) между его входом и выходом (сток-исток) не равно нулю. Значит, чем выше ток, тем сложнее будет электронам пробиться через него, что приведет к потерям энергии и нагреву. Чтобы минимизировать этот эффект и применяются несколько фаз — нагрузка распределяется между ними поровну.
Еще один интересный способ повысить эффективность: синхронный транзистор VT2 открыт примерно в семь-восемь раз дольше чем VT1, поэтому VT2 часто дублируют и стараются подобрать более продвинутую и дорогую модель с низким Rds.
Но это еще не все. Такие каналы не просто так называют «фазами». Процесс переключения транзисторов в разных каналах происходит не одновременно, а с небольшим сдвигом по фазе.
На выходе после LC-фильтров все фазы объединяются в одну, и амплитуда пульсаций становится значительно ниже, чем было бы у каждой фазы в отдельности.
Так что даже несколько десятков каналов в преобразователе на материнской плате неправильно называть «избытком». Ведь это не только меньшие потери, но и лучшее качество напряжения. Меньше пульсаций напряжения — меньше выбросов во внутренние узлы процессора — выше стабильность всей схемы, особенно при разгоне.
Те же принципы справедливы и для графического чипа видеокарты, процессора смартфона и любой другой «тонкой» электроники. Но в этом случае разработчики уже за нас рассчитали потребляемую мощность и количество необходимых узлов. А вот при выборе материнской платы пользователь должен сам определить, что ему нужно, учесть потребляемую мощность процессора. Тем более, если в планах серьезный разгон.