Практически все производители материнских плат (для процессоров Intel) в настоящее время используют технологию динамического переключения числа фаз питания процессора. Данная технология была разработана компанией Intel достаточно давно, но стала востребованной рынком когда идея снижения энергопотребления компьютеров овладела разработчиками ПК, и они вспомнили о технологии динамического переключения фаз питания процессора. Производители материнских плат придумывают ей различные названия (у компании Gigabyte она называется Advanced Energy Saver - AES, у ASRock - Intelligent Energy Saver - IES, у ASUS - EPU, у MSI - Active Phase Switching - APS). Но, несмотря на разнообразие названий, все эти технологии реализованы абсолютно одинаково. Более того, возможность переключения фаз питания процессора была уже заложена в спецификацию Intel VR 11.1 и все PWM-контроллеры, совместимые со спецификацией VR 11.1, уже поддерживали ее.
Собственно, у производителей системных плат выбор здесь был небольшой. Это либо PWM-контроллеры компании Intersil - например, 6-канальный PWM-контроллер Intersil ISL6336A, либо PWM-контроллеры компании On Semiconductor - например, 6-канальный PWM-контроллер ADP4000 (контроллеры других компаний применяются значительно реже). Контроллеры и Intersil, и On Semiconductor, совместимые со спецификацией VR 11.1, поддерживают динамическое переключение фаз питания. Разница лишь в том, как производитель материнской платы использует возможности PWM-контроллера.
Какова и в чем эффективность применения технологии динамического переключения фаз питания? Например, на системной плате имеется 6-фазный регулятор напряжения питания процессора. Если процессор загружен несильно, а значит, потребляемый им ток невелик, то вполне можно обойтись двумя фазами питания. Потребность в шести фазах возникает при сильной загрузке процессора, когда потребляемый им ток достигает максимального значения. Можно сделать так, чтобы количество задействованных фаз питания соответствовало потребляемому процессором току, то есть чтобы фазы питания динамически переключались в зависимости от загрузки процессора. Любой регулятор напряжения сам потребляет часть преобразуемой им электроэнергии, которая выделяется в виде тепла. Поэтому одной из характеристик преобразователя напряжения является его КПД, или энергоэффективность, то есть отношение передаваемой мощности в нагрузку (в процессор) к потребляемой регулятором мощности, которая складывается из мощности, потребляемой нагрузкой, и мощности, потребляемой самим регулятором. Энергоэффективность регулятора напряжения зависит от текущего значения тока процессора (его загрузки) и количества задействованных фаз питания (рис. 1).
При неизменном количестве фаз питания зависимость энергоэффективности регулятора напряжения от тока процессора выглядит следующим образом. С ростом тока нагрузки (процессора), КПД регулятора напряжения линейно возрастает. Далее достигается максимальное значение КПД, а при дальнейшем увеличении тока нагрузки КПД постепенно уменьшается. Но главное, что значение тока нагрузки, при котором достигается максимальное значение КПД, зависит от количества фаз питания, а следовательно, если использовать технологию динамического переключения фаз питания, то КПД регулятора напряжения питания всегда можно поддерживать на максимально высоком уровне.
Сравнивая зависимости энергоэффективности регулятора напряжения от тока процессора для различного количества фаз питания, можно сделать вывод:
- при малом токе процессора (при незначительной загрузке процессора) более эффективно задействовать меньшее количество фаз питания (в этом случае меньше энергии будет потребляться самим регулятором напряжения и выделяться в виде тепла);
- при высоких значениях тока процессора использование малого количества фаз питания приводит к снижению энергоэффективности регулятора напряжения, поэтому в данном случае лучше использовать большее количество фаз питания.
Использование технологии динамического переключения фаз питания процессора позволяет снизить общее энергопотребление системы, снизить тепловыделение на самом регуляторе напряжения питания (реально технология динамического переключения фаз питания позволяет снизить суммарное энергопотребление системы не более чем на 3-5%, дело в том, что данная технология позволяет экономить электроэнергию, потребляемую лишь самим регулятором напряжения питания). Но основными потребителями электроэнергии в компьютере являются процессор, видеокарта, чипсет и память (на фоне суммарного энергопотребления этих компонентов энергопотребление самого регулятора напряжения достаточно мало, и потому, как ни оптимизируй энергопотребление регулятора напряжения, добиться существенной экономии просто невозможно. Если раньше на топовых материнских платах применялись шестифазные регуляторы напряжения, то сейчас используют 10, 12, 16, 18 и даже 24 фазы (конечно, многофазные регуляторы напряжения питания имеют свои неоспоримые преимущества, но всему есть разумный предел).
Рис. 1. Зависимость энергоэффективности (КПД) регулятора напряжения от тока процессора при различном количестве фаз питания (за счет технологии динамического переключения фаз питания).
Все производители материнских плат применяют твердотельные полимерные конденсаторы и дроссели с ферритовым сердечником, которые имеют ограничение по току не менее 40A. MOSFET-транзисторы также имеют ограничение по току не ниже 40A (а в последнее время наблюдается тенденция перехода на MOSFET-транзисторы с ограничением по току в 75А). 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.
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. 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 были 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 12-фазный регулятор напряжения, а его гибридная версия 6-фазного регулятора с двумя каналами в каждой фазе.
Версия сайта для слабовидящих