VRM บนเมนบอร์ดคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ
เมื่อเลือกมาเธอร์บอร์ดสำหรับใช้งานโดยผู้คลั่งไคล้พีซี จะต้องคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ รวมถึงขนาดของตัวบอร์ดที่เรียกว่าฟอร์มแฟกเตอร์ ความเข้ากันได้ของหน่วยประมวลผลกลางหรือ CPU กับเมนบอร์ด ความจุหน่วยความจำที่มีอยู่และวิธีการกำหนดค่า ตัวเลือกการเชื่อมต่อที่มีให้; และศักยภาพในการเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของโปรเซสเซอร์เกินกว่าข้อกำหนดมาตรฐานที่เรียกว่าการโอเวอร์คล็อก อย่างไรก็ตาม แม้จะมีการระบุไว้ในแผ่นข้อมูลจำเพาะ แต่สิ่งสำคัญของเมนบอร์ดที่มักถูกละเลยคือโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือ VRM ซึ่งทำหน้าที่รักษาความเสถียรโดยรวมของระบบคอมพิวเตอร์ผ่านความสามารถในการควบคุมและจัดการระดับการจ่ายพลังงานภายใน อุปกรณ์.
เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มักถูกมองข้ามนี้อย่างเต็มที่ เราต้องสำรวจการทำงานของมันภายในบริบทของ VRM รวมถึงการตรวจสอบส่วนประกอบต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง และการเปรียบเทียบการออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูงเทียบกับการออกแบบที่ต่ำกว่ามาตรฐานในแง่ของผลกระทบที่มีต่อ ประสิทธิภาพของซีพียู
VRM ทำงานอย่างไร
เครดิตรูปภาพ: ROG Global/YouTube
โมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าบนเมนบอร์ด หรือที่เรียกว่าโมดูลพลังงานของโปรเซสเซอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวแปลงบัคที่มีความเชี่ยวชาญสูง (แปลงกระแสตรงเป็นกระแสตรง) มีหน้าที่ควบคุมและปรับแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของการประมวลผลส่วนกลาง หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม และส่วนประกอบต่อพ่วงอื่นๆ อีกมากมาย โดยพื้นฐานแล้ว VRM สามารถรับรู้ได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานขนาดเล็ก คล้ายกับหน่วยหลัก ซึ่งแปลงกระแสสลับที่เข้ามาทั้ง 120 หรือ 240 โวลต์ ซึ่งมีต้นกำเนิดจากเต้ารับไฟฟ้า ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ลดลงอย่างมาก (12 โวลต์หรือ 5 โวลต์ หรือ 3.3 โวลต์)
ในแง่ของการทำงาน โมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) ของเมนบอร์ดทำงานคล้ายกับหน่วยจ่ายไฟ (PSU) แม้ว่าจะอยู่ในระดับย่อยก็ตาม เป้าหมายหลักของ VRM เหล่านี้คือการแปลงไฟ 12V ที่ป้อนเข้าจากขั้วต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกแบบ 8/4 พินให้เป็นแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่เหมาะสมซึ่งจำเป็นสำหรับหน่วยประมวลผลกลางร่วมสมัย (CPU) ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 1.1 ถึง 1.5 โวลต์
นอกจากนี้ VRM ยังมีบทบาทสำคัญในการจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่และสม่ำเสมอให้กับส่วนประกอบที่ใช้พลังงานทั้งหมดภายในระบบคอมพิวเตอร์ จึงช่วยลดความเป็นไปได้ที่แรงดันไฟฟ้าจะพุ่งสูงขึ้นหรือลดลงโดยคาดเดาไม่ได้ คุณสมบัติการแปลงที่เสถียรของวงจรควบคุมเหล่านี้ช่วยให้ซีพียูรุ่นต่างๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าหลักที่ปรับได้สามารถทำงานได้อย่างราบรื่นบนชิปเซ็ตของเมนบอร์ดที่เข้าชุดกัน
ส่วนประกอบของ VRM
ในขณะที่มักถูกมองว่าเป็นหน่วยงานอิสระ แต่ในความเป็นจริงแล้ว โมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) ประกอบด้วยองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกันหลายชิ้นที่อยู่รอบๆ ซ็อกเก็ต Central Processing Unit (CPU) ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้ง Land Grid Array (LGA) หรือ Pin Grid Array ( PGA) และช่องเสียบ DIMM บนเมนบอร์ด ฟังก์ชันหลักของ VRM เกี่ยวข้องกับการใช้สวิตช์ MOSFET ร่วมกับตัวเก็บประจุ โช้ก และตัวควบคุมพัลส์ไวด์มอดูเลต (PWM) เพื่อจัดการการจ่ายพลังงานและการเปลี่ยนเฟสภายในระบบอย่างมีประสิทธิภาพ
มีการตรวจสอบองค์ประกอบพื้นฐานอย่างละเอียดซึ่งสร้างโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) ภายในเมนบอร์ด
มอสเฟต
มอสเฟตทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์เกทฉนวนซึ่งสามารถขยายหรือลดสัญญาณไฟฟ้าในวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าผ่านความสามารถในการมอดูเลตการไหลของกระแสไปยังหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยสัญญาณและค่าที่ได้จากชิปควบคุมการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งช่วยให้สามารถจัดการเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างแม่นยำ
VRM เฟสเดียวใช้สวิตช์ MOSFET สองตัว ตัวหนึ่งสำหรับด้านต่ำและอีกตัวหนึ่งสำหรับด้านสูง เพื่อควบคุมแรงดันเอาท์พุตเฉลี่ยของวงจรโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันอินพุตเป็นระยะๆ ผ่านการสลับเป็นช่วงๆ ที่อัตราหลายร้อยรอบต่อวินาที การสลับการทำงานนี้ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากเนื่องจากความถี่ในการทำงานสูง ซึ่งอาจส่งผลให้อุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียสในระหว่างสภาวะการบรรทุกหนักหรือเมื่อไม่ได้ใช้มาตรการระบายความร้อนที่เหมาะสม
เพื่อแก้ปัญหาเรื่องความร้อนสูงเกินไปและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้มักจะรวมส่วนประกอบแผงระบายความร้อนแบบพาสซีฟ อุปกรณ์ระบายความร้อนขนาดกะทัดรัด เช่น พัดลม หรือแม้กระทั่งใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในรูปแบบของบล็อคน้ำ
###โช๊ค
โช้คเป็นตัวเหนี่ยวนำรูปลูกบาศก์ที่แปลงสัญญาณกระแสสลับความถี่สูง (AC) ให้เป็นความถี่ต่ำหรือกระแสตรงภายในวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า ประกอบด้วยแกนแม่เหล็กรูปวงแหวนล้อมรอบด้วยขดลวดหุ้มฉนวน ส่วนประกอบระบบเครื่องกลไฟฟ้านี้ทำหน้าที่สองอย่าง ได้แก่ การจัดเก็บและการกรองพลังงาน รวมถึงการควบคุมการส่งพลังงานแม้ในสภาวะต่างๆ เช่น การโอเวอร์คล็อกหรือโอเวอร์โวลท์
นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าคอยล์โช้คทุกตัวสอดคล้องกับเฟสพลังงานเฉพาะภายในเมนบอร์ด จำนวนเฟสพลังงานที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้การจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังหน่วยประมวลผลกลางมีความเสถียรดีขึ้น
คาปาซิเตอร์
ตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบทางไฟฟ้าที่เก็บพลังงานไว้ภายในสนามไฟฟ้า ซึ่งตรงข้ามกับการกระจายพลังงานผ่านความต้านทานเช่นขดลวดสำลัก พวกมันมีความสามารถในการปล่อยประจุที่เก็บไว้ในวงจรที่เชื่อมต่ออย่างรวดเร็วเมื่อจำเป็น โดยทำหน้าที่หลักเพื่อลดการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของแรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงดันไฟกระชาก และลดความผันผวนหรือ “การกระเพื่อม” ในวงจรควบคุมแรงดัน
ในขอบเขตของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเมนบอร์ด (VRM) และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง ตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นที่เก็บพลังงานชั่วคราว สะสมกระแสไฟฟ้าที่ได้รับจากคอยล์โช้คและจ่ายพลังงานที่จำเป็นให้กับ CPU หากมีประจุส่วนเกินอยู่ภายในองค์ประกอบเหล่านี้ มันจะถูกดูดซับหรือปล่อยผ่านทางเดินกราวด์ของวงจร
ตัวควบคุม PWM
ตัวควบคุม PWM หรือวงจรรวมของไดรเวอร์สร้างสัญญาณมอดูเลตความกว้างพัลส์ที่ส่งตรงไปยังองค์ประกอบอะนาล็อกหลักภายในขั้นตอนการควบคุมแรงดันไฟฟ้า-มอสเฟตและตัวเหนี่ยวนำ นอกเหนือจากการควบคุมดูแลการทำงานแล้ว คอนโทรลเลอร์แบบหลายแง่มุมเหล่านี้ยังสามารถแก้ไขการกระจายพลังงานที่จ่ายให้กับหน่วยประมวลผลกลางแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถรักษาระดับประสิทธิภาพที่เหมาะสมไว้ได้ภายใต้งานด้านการคำนวณที่เรียกร้องสูง
โดยสรุป ตัวควบคุม PWM ได้รับแรงดันอ้างอิงของหน่วยประมวลผลกลางของคุณ (โดยทั่วไปเรียกว่า VRef ในระบบอินพุต/เอาท์พุตพื้นฐาน) ซึ่งจะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่แพร่หลายซึ่งปล่อยออกมาจากโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเมนบอร์ด หากมีความแตกต่างระหว่างค่าเหล่านี้ อุปกรณ์จะทำกระบวนการสอบเทียบใหม่โดยการปรับคุณลักษณะของสัญญาณ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเอาต์พุตทันที
องค์ประกอบป้องกันของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยไดโอดและตัวต้านทานที่ป้องกันกระแสไฟฟ้าส่วนเกินไม่ให้เกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ภายในอุปกรณ์
VRM หลายเฟสบนเมนบอร์ด
หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และหน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ที่ทันสมัยจำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานของแหล่งจ่ายไฟขั้นสูงที่เหนือกว่าข้อจำกัดของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบเฟสเดียวพื้นฐาน (VRM) เพื่อให้มั่นใจถึงกระบวนการส่งพลังงานที่เสถียรและประหยัดพลังงาน เป็นเรื่องปกติที่ผู้ผลิตเมนบอร์ดจะรวมบัคคอนเวอร์เตอร์หลายตัวในซีรีส์ ส่งผลให้เกิดการกำหนดค่า VRM แบบหลายแง่มุม
การกำหนดค่า VRM แบบหลายขั้นตอนใช้การจัดเรียงพลังงานแบบกระจายที่แบ่งโหลดผ่านโดเมนทางกายภาพที่ขยาย ด้วยการใช้เทคนิคการจัดการพลังงานขั้นสูงนี้ หน่วยประมวลผลกลางได้รับการตกแต่งให้มีแรงดันไฟฟ้าจ่ายที่สม่ำเสมอและปรับอย่างละเอียด ในขณะที่ลดการผลิตความร้อนที่มากเกินไปและความเครียดเชิงกลในองค์ประกอบที่สำคัญ
เมื่อเลือกเมนบอร์ดใหม่ เป็นเรื่องปกติที่จะเจอคำว่า"การออกแบบพลังงานเฟส"ที่ใช้ในเอกสารส่งเสริมการขาย ซึ่งหมายถึงการกระจายเฟสไฟฟ้าไปยังแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ผู้ผลิตมักเน้นคุณสมบัตินี้โดยใช้รูปแบบต่างๆ เช่น “A+B” (ระบุ 8+2 เฟส) หรือ “X+Y+Z” (แสดงถึง 16+2+2 เฟส) ค่าแรกก่อนเครื่องหมายบวกหมายถึงจำนวนเฟสที่จัดสรรให้กับหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ในขณะที่การรวมกันหลังเครื่องหมายบวกแสดงถึงการจัดสรรเฟสให้กับส่วนประกอบที่สำคัญอื่นๆ เช่น RAM, ชิปเซ็ต และโปรเซสเซอร์กราฟิกแบบรวม (iGPU).
ในกรณีที่จำนวนเฟสการใช้งาน CPU ที่จัดสรรเกินแปด ซึ่งระบุด้วยป้ายกำกับ เช่น “18+” หรือมากกว่า ผู้สร้างเมนบอร์ดมักจะใช้ส่วนประกอบขั้นสูงที่เรียกว่าโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) ทวีคูณ โดยพื้นฐานแล้ว แกดเจ็ตที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้จะแบ่งสัญญาณควบคุมสำหรับแต่ละรอบ ซึ่งจะเป็นการขยายปริมาณของรอบที่รับรู้จากมุมมองด้านกฎระเบียบ อย่างไรก็ตาม ข้อดีในทางปฏิบัติอาจไม่สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณของเฟสจริง
นอกจากนี้ การรวมส่วนประกอบสองเท่าในการกำหนดค่ากลไกควบคุมแรงดันไฟฟ้าแปดเฟส (VRM) ที่แท้จริง นำไปสู่การปรับปรุงอย่างมากในกระบวนการซิงโครไนซ์เฟสพลังงาน ในขณะที่ลดค่าใช้จ่ายในการผลิตเมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป
วิธีแยกความแตกต่างระหว่างการกำหนดค่า VRM คุณภาพสูงและออกแบบมาไม่ดี
เมื่อประเมินประสิทธิภาพของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) มาเธอร์บอร์ด จะต้องพิจารณาแง่มุมต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าแม้ในกรณีที่ไม่ต้องการโอเวอร์คล็อกหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ของตน การกำหนดค่า VRM ที่ด้อยกว่าอาจทำให้เสถียรภาพของกลไกการจ่ายไฟลดลง ส่งผลให้ระบบล่ม จอฟ้าแห่งความตาย (BSODs) ) และปัญหาที่เห็นได้ชัดเจนอื่นๆ
หากต้องการแยกความแตกต่างระหว่างการกำหนดค่า Virtual Reality Machine (VRM) ที่ยอดเยี่ยมกับการกำหนดค่าที่ล้าหลังอย่างมาก ให้พิจารณาปัจจัยต่อไปนี้:
การประเมินประสิทธิภาพของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) สามารถอำนวยความสะดวกได้โดยการตรวจสอบสถานะทางกายภาพของโช้กบนเมนบอร์ด สำหรับชิปเซ็ตระดับเริ่มต้นเช่น AMD A620 คาดว่าจะมีเฟสพลังงานไม่เกินสี่ถึงหกเฟสอยู่ใต้ฮีตซิงก์ ในทางกลับกัน ในกรณีที่โปรเซสเซอร์และส่วนประกอบระดับสูงกว่าต้องการการจัดการพลังงานเพิ่มเติม เมนบอร์ดระดับกลางและระดับพรีเมียมมักจะรวมเฟสจำนวนมากขึ้นเพื่อรองรับความต้องการเหล่านี้
โมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง (VRM) ใช้ตัวเก็บประจุที่มีโครงสร้างโซลิดสเตต ซึ่งมักเรียกกันว่า"ตัวเก็บประจุแบบญี่ปุ่น"“ตัวเก็บประจุแบบมืด"หรือ"Hi-Caps"คาปาซิเตอร์เหล่านี้มีความทนทานและต้านทานการรั่วไหลที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับคาปาซิเตอร์อิเล็กโทรลีติคแบบดั้งเดิม จึงมั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
พิจารณาซื้อเมนบอร์ดที่มี Super Ferrite Chokes (SFCs) หรือ Premium Alloy Chokes เนื่องจากการใช้พลังงานที่ลดลง ความต้านทานต่อการกัดกร่อน และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่น้อยที่สุด
ในขณะที่การตรวจสอบเมนบอร์ดก่อนที่จะได้รับอาจมีความท้าทายบางอย่าง เรามีโอกาสที่จะประเมินสภาพของมันอย่างละเอียดเมื่อได้รับและส่งคืนในภายหลังในกรณีที่ไม่พอใจในคุณภาพ
มาเธอร์บอร์ด VRMs: ฮีโร่ที่ไม่มีใครรู้จักของคอมพิวเตอร์ยุคใหม่
โดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดของโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VRM) นั้นมีหลายแง่มุม ซึ่งครอบคลุมคำศัพท์เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับ MOSFET, โช้ก, ตัวเก็บประจุ, ตัวควบคุม PWM และอื่น ๆ อีกมากมาย แนวคิดเหล่านี้อาจไม่จำเป็นต้องโดนใจผู้ใช้พีซีทั่วไปที่คุ้นเคยกับเทคโนโลยีพื้นถิ่นที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของระบบคอมพิวเตอร์ขึ้นอยู่กับความทนทานและประสิทธิภาพของ VRM ซึ่งอำนวยความสะดวกในการกระจายแรงดันไฟฟ้าอย่างราบรื่นไปยังหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และอุปกรณ์ต่อพ่วงภายในระบบ