Intel p43/p45: лебединая песня платформы lga775

SSD Samsung 970 PRO Plus 1024GB

• Код производителя: MZ-V7P1T0BW
• Форм-фактор: 2280
• Интерфейс: PCI-E 3.0 x4
• Объем: 1024 ГБ
• Контроллер: Samsung Phoenix
• Тип памяти: MLC 3D NAND
• Макс. скорость чтения: 3500 МБ/c
• Макс. скорость записи: 2700 МБ/c
• Ресурс работы: 1200 TBW

Samsung в производстве чипов памяти, что называется, собаку съела. Заводы южнокорейской компании производят кристаллы не только для себя, но и для многих других крупных строителей электроники. Однако, самые вкусные разработки корейцы, конечно же, оставляют себе.

Вот и в серии твердотельных накопителей 970 PRO были использованы чипы с ячейками MLC, для которых выдержать десять тысяч циклов перезаписи – раз плюнуть. Стоит также отметить, что двухбитовая память – удовольствие не дешёвое, поэтому стоимость терабайтника с такими чипами довольно высока. Зато, если вы готовы раскошелится, то получите какое-то фантастическое число TBW. И да, нюанс в том, что в потребительском секторе два бита на ячейку может предложить только Samsung. Конечно, после того как Hynx купила у Intel производство NAND-памяти, возможно всякое, но, когда это будет?

В общем, на сегодняшний день Samsung 970 PRO являются лучшими и единственными доступными накопителями с фантастически долгим ресурсом работы. А контроллер Phoenix в них обеспечит наилучшие скорости по чтению/записи.     

Q: Что такое реальные и виртуальные фазы? Какие бывают реализации виртуальных фаз питания?

A: Реальное количество фаз определяет режим работы контроллера напряжения. Фазы можно считать виртуальными, если их больше, чем максимально поддерживаемое используемым контроллером напряжения.

Системы питания по степени «виртуальности» фаз можно поделить на три типа:

1. Традиционного типа, то есть без виртуальных фаз. Количество фаз в контроллере питания равно количеству драйверов, а также количеству дросселей и пар мосфетов. Тут все честно и прозрачно.

2. Параллельное соединение виртуальных фаз. Количество фаз в контроллере питания равно количеству драйверов, но на каждую реальную фазу приходится увеличенное количество дросселей и мосфетов, соединенных параллельно. Использование параллельного соединения можно отследить прозвонкой затворов у мосфетов между собой. Пример: 24-фазные материнские платы Gigabyte, за исключением GA-X58A-UD9.

3. Виртуальные фазы не соединены параллельно, а управляются каждая своим драйвером. Но реальное количество фаз, поддерживаемое контроллером напряжения, все равно меньше количества драйверов. В этом случае прозвонка затворов у мосфетов уже ничего не покажет. Пример: MSI Big Band XPower, MSI R5870 Lightning, MSI N480GTX Lightning

Q: Что такое LDO?

A: Low-dropout (LDO) regulator – микросхема, понижающая напряжение до нужного уровня, без использования фаз питания. Используется для формирования питающего напряжения на компонентах, не очень требовательных к качеству питания и не потребляющих большой ток. Часто применяется  на материнских платах для питания южных мостов и на видеокартах для напряжения PCI-E Voltage (Vpcie, оно же PEXVDD).

Q: Какие ошибки допускают авторы обзоров при описании систем питания?

А:

• Вместо того чтобы попытаться самостоятельно разобраться в системе питания, просто копируют информацию из «reviewers guide», из пресс-релизов, с сайта производителя, из других обзоров, не всегда соответствующую действительности.
• Последнее время все чаще можно встретить фразы типа «система питания построена по схеме X+Y» или даже «X+Y+Z». Это приводит к запутыванию читателей.  Сначала они читают обзор видеокарты, где напряжение на GPU приплюсовано к напряжению на памяти, а затем, читая обзор материнской платы, думают, что там к напряжению Vcore тоже приплюсована память, а не напряжение на контроллере памяти встроенном в процессор. Чтобы избежать путаницы, лучше указывать раздельно к каким напряжениям относятся те или иные фазы. Единственный случай, когда уместно указание вида «X+Y» – это когда оба напряжения управляются одним и тем же контроллером (например, в системах питания процессоров AMD на материнских платах под Socket AM3/AM2+).
• Думают, что система питания северного моста обязательно должна быть рядом с северным мостом, а система питания памяти – рядом со слотами памяти и т.д. Это не всегда так. Да, чем короче длина проводников от системы питания до питаемого элемента, тем лучше. Но место на PCB ограничено и при нынешней очень высокой плотности компонентов, не всегда удается размещать все необходимое поблизости. Система питания северного моста может находиться, к примеру, между южным мостом и слотами памяти, а рядом с северным мостом не редко можно встретить систему питания встроенного контроллера памяти в процессоре.
• Не используют мультиметр для проверки своих предположений о принадлежности элементов системы питания к тому или иному напряжению. В некоторых случаях без мультиметра правильно определить количество используемых фаз бывает довольно сложно. Например, когда контролер напряжения поддерживает до 3-х фаз и на плате мы видим 3 дросселя, а при замерах мультиметром выясняется что фаз все-таки две, потому что третий дроссель стоит на входном напряжении (+12V VCC).

Что такое фазы питания

Чтобы знать, о чем собственно речь, давайте обратимся к фотографии материнской платы, вернее, к части ее, расположенной возле процессорного сокета. Вот типичная картина того, что можно увидеть на любой плате.

Что-то похожее вы сможете найти и на своей. Разница будет только в количестве компонентов, окружающих сокет.

Если рассматривать устройство каждой фазы питания, то можно выделить несколько блоков по своему назначению.

Все обозначения постепенно станут понятны.

Итак, что это такое? Современные блоки питания (БП) выдают напряжения ±12 В, ±5 В и ± 3.3 В. Однако современным процессорам необходимо гораздо меньше – порядка одного вольта, отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от нагрузки. При этом, если посмотреть на спецификации CPU, мы найдем такой параметр, как «Расчетная мощность» (он же TDP – расчетная тепловая мощность). В данном случае это величина, относящаяся к системе охлаждения, которая должна справляться с такой тепловой мощностью. Данное значение не эквивалентно энергопотреблению процессора, тем более оно меняется в зависимости от нагрузки и нагрева, но весьма близко к нему.

Так, если обратиться к спецификации CPU Intel Core i7-7700, то расчетная мощность составляет 65 Вт

В нашем случае не столь важно, сколько точно потребляет данный процессор. Просто предположим, что его энергопотребление и составляет 65 Вт

Значит, система питания CPU должна обеспечить подвод такой мощности. Т. к. готового напряжения от блока питания мы не получаем, значит, придется подготовить нужное его значение. Для этого и служит система питания CPU.

ASUS ROG Maximus XII Formula

• Форм-фактор: Standart-ATX
• Сокет: LGA1200
• Чипсет: Intel Z490
• Количество слотов памяти: 4
• Каналы памяти: 2
• Максимальный объем памяти: 128 ГБ
• Число и тип портов SATA: SATA III – 6
• Количество разъемов M.2: 3
• Слоты PCI-E: PCI-E x16 – 3, PCI-E x1 – 1
• Разъемы на задней панели: LAN — 2, USB 3.2 – 10, USB 3.0 Type-C – 1, mini Jack – 5, S/P-DIF – 1, антенные разъёмы – 2.
• Дополнительные разъемы и интерфейсы: USB 3.0 (на плате) – 5, USB 2.0 (на плате) – 4, 4pin – 8
• Аудио: SupremeFX S1220 (7.1)
• Сетевые интерфейсы: Intel I225-V – 2500 Мбит/с, Marvell AQtion AQC107 – 10 Гбит/с, Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac/ax (2,4/5 ГГц) + Bluetooth 5.1

Премиальные платы ASUS ROG имеют в своем названии ёмкое слово Formula, которое прямо намекает на исключительно просчитанный функционал, а также изящно-точный дизайн этих материнок. Maximus XII в этом ряду смотрится весьма достойно.

Помимо богатого набора различных фирменных технологий, предназначенных для раскрытия разгонного потенциала процессоров Intel, ASUS сделала просто шикарный BIOS для настройки всего и вся. Отдельно отмечу современный тренд – воздушно-жидкостную систему охлаждения компонентов, которая основана на решениях от известной EK Water Blocks. Кроме VRM, который, кстати, рулит аж шестнадцатью фазами, бронёй прикрыта вся тыльная и лицевая часть. Это обеспечивает не только феноменальную защиту от перегрева, но и дополнительную жёсткость, благодаря чему материнка способна выдержать значительный «обвес» из комплектующих.

Да, «максимальная формула» получилась эдаким тёмным рыцарем из геймерской республики. Причем, монолитность его доспеха вовсе не мешает доступу к ключевым местам материнской платы. Например, посадочные места для накопителей М.2 продуманно размещены под отдельным радиатором в низу, чуть выше последнего разъёма PCIe икс четыре. А SATA-порты обращены вбок, что очень удобно при подключении накопителей.

Кроме этого, имеется ещё масса удобств. Есть двухдюймовый OLED-дисплей, показывающий POST-коды при загрузке системы, а также частоту процессора, температуру и скорость вращения кулеров во время работы. Есть два порта LAN на два с половиной гигабита в секунду и на десть, и это не считая Wi-Fi шесть. Есть даже кнопка FlexKey, которая по умолчанию управляет перезагрузкой, но может быть перепрограммирована на другие функции, например, на включение/отключение подсветки.

О достоинствах топовой материнской платы можно рассуждать еще долго, но нам нужно двигаться дальше, поэтому тут я прервусь и перейду к другим комплектующим.

Многофазные импульсные регуляторы напряжения

В многофазных импульсных регуляторах напряжения каждая фаза образована драйвером управления переключениями MOSFET-транзисторов, парой самих MOSFET-транзисторов и сглаживающим LC-фильтром. При этом используется один многоканальный PWM-контроллер, к которому параллельно подключается несколько фаз питания (рис. 5).

Рис. 5. Структурная схема многофазного импульсного регулятора напряжения питания

Применение N-фазного регулятора напряжения питания позволяет распределить ток по всем фазам, а следовательно, ток, протекающий по каждой фазе, будет в N раз меньше тока нагрузки (в частности, процессора). К примеру, если использовать 4-фазный регулятор напряжения питания процессора с ограничением по току в каждой фазе 30 A, то максимальный ток через процессор составит 120 A, чего вполне достаточно для большинства современных процессоров. Однако если используются процессоры с TDP 130 Вт или предполагается возможность разгона процессора, то желательно применять не 4-фазный, а 6-фазный импульсный регулятор напряжения питания процессора или же использовать в каждой фазе питания дроссели, конденсаторы и MOSFET-транзисторы, рассчитанные на больший ток.

Для уменьшения пульсации выходного напряжения в многофазных регуляторах напряжения все фазы работают синхронно с временным сдвигом друг относительно друга. Если T — это период переключения MOSFET-транзисторов (период PWM-сигнала) и используется N фаз, то временной сдвиг по каждой фазе составит T/N (рис. 6). За синхронизацию PWM-сигналов по каждой фазе с временным сдвигом отвечает PWM-контроллер.

Рис. 6. Временные сдвиги PWM-сигналов в многофазном регуляторе напряжения

В результате того, что все фазы работают с временным сдвигом друг относительно друга, пульсации выходного напряжения и тока по каждой фазе также будут сдвинуты по временной оси друг относительно друга. Суммарный ток, проходящий по нагрузке, будет складываться из токов по каждой фазе, и пульсации результирующего тока окажутся меньше, чем пульсации тока по каждой фазе (рис. 7).

Рис. 7. Ток по каждой фазе
и результирующий ток нагрузки
в трехфазном регуляторе напряжения

Итак, основное преимущество многофазных импульсных регуляторов напряжения питания заключается в том, что они позволяют, во-первых, преодолеть ограничение по току, а во-вторых, снизить пульсации выходного напряжения при той же емкости и индуктивности сглаживающего фильтра.

Всегда ли фаза действительно фаза

Маркетинг играет большую роль в нашей жизни. Смартфон с камерой на 16 мегапикселей априори считается лучше такого же, но с камерой «всего лишь» на 13 мегапикселей. Ну а если используется 23 мегапикселя – то это уже вообще круть!

Аналогично и с материнскими платами. В описаниях, спецификациях или рекламных материалах на ту или иную модель можно найти гордое упоминание о системе питания, использующей -дцать фаз. А у конкурента схожая по функционалу плата вполне может имеет -дцать и еще 4 фазы. Чтобы не ходить далеко за примером, возьмем плату ASRock X370 Taichi под новехонькие Ryzen. Если обратиться к сайту производителя, то в спецификациях видим упоминание, что используется 16-фазная система питания.

А ведь используемый PWM-контроллер IR35201 – восьмифазный. Получается, производитель платы врет? Нет, ну может, немного лукавит. Дело в том, что дросселей, конденсаторов, электронных ключей и проч. действительно 16. Тонкость в том, что используются устройства, называемые делителями (doublers).

Суть работы этих элементов следует из названия – разделить, распределить сигналы от одного канала PWM-контроллера на две цепочки «драйвер-ключ-фильтр». На выходе очень похоже на две фазы, только управляются они одним сигналом, работают синфазно, никакого смещения между ними для сглаживания пульсаций нет. Тогда зачем они?

Ответ – мощность. Данная плата гарантирует поддержку процессоров с потреблением до 300 Вт! Распределяя нагрузку по такому количеству фаз, удается снизить проходящий через каждую из них ток и, как результат, уменьшить нагрев силовых элементов. Впрочем, если используется действительно мощный CPU, да еще и с разгоном, то для охлаждения просто необходим радиатор. Лучше бы даже с обдувом.

В итоге, на самом деле это не 16-фазная система питания, а 8-фазная по 2 канала в каждой. Кстати, используемые на упомянутой материнской плате дроссели рассчитаны на ток до 60 А.

Думаю, все сказанное хорошо проиллюстрирует следующая картинка.

Возможен вариант без использования делителей. В таком случае ставится несколько PWM-контроллеров, которые работают синхронно. Если использовать уже упомянутый восьмифазный IR35201, установив 2 таких на плату, то вполне можно получить на выходе 16 фаз. Почти честных фаз, т. к. временнОго сдвига по всем фазам не будет.

По одной фазе от каждого PWM-контроллера будет работать синхронно, т. е. получим 8 пар (при условии, что используются 2 PWM-контроллера) фаз без временного смещения управляющего сигнала. Строго говоря, сглаживание будет такое же, как и при использовании 8 фаз, но вот мощность будет существенно выше.

А ведь можно найти платы, в которых и по 24 фазы…

Характеристики

Регулирование выходного напряжения

Современные процессоры требуют разного напряжения питания в процессе работы. Зависит это от нагрузки, и не забудем про разгон, при котором также необходимо изменять напряжение, в данном случае повышать его. Каким образом происходит автоматическая регуляция?

PWM-контроллер получает требуемое значение напряжения, считывая специальный 8-битный сигнал VID (Voltage Identifier), который может задавать до 256 уровней напряжения.

Зная требуемое значение, остается его сравнить с тем, которое подается в нагрузку. Для этого существует цепь обратной связи. Сравнение референсного напряжения и того, которое считано с нагрузки, позволяет определить, требуется ли изменить его уровень

Делается это изменением скважности PWM-импульсов. Таким образом поддерживается оптимальное напряжение питания процессора