На шляху до досконалості огляд технологій материнських плат, CHIP
Виробники материнських плат постійно вдосконалюють свої продукти, розробляють та впроваджують інноваційні технології, такі як Ultra Durable 3 та DrMOS. Ми розповімо про особливості та принцип роботи системних плат.
Основні силові елементи ланцюга живлення процесора
Стабільність роботи та термін служби всіх компонентів комп'ютера залежать не тільки від якості виконання самих плат, а й блоку живлення та ланцюгів живлення самих пристроїв. Як приклад розглянемо спрощену схему ланцюга живлення центрального процесора. Вона складається з трьох основних силових елементів - МОП-транзистора, дроселя та конденсатора.
МОП-транзистор(Польовий транзистор зі структурою «метал-оксид-напівпровідник») виконує роль перемикача, що регулює подачу струму в ланцюг живлення процесора. Коли процесор потрібно подати напругу, транзистор перетворюється на режим пропускання, і струм протікає через мережу. Коли схема живлення переходить в режим розряду, МОП-транзистор перемикається в режим замикання і перешкоджає протіканню струму, доки енергія, накопичена в мережі живлення, не буде вичерпана. Після цього транзистор знову перетворюється на відкритий стан.
Коли МОП-транзистор перебуває у відкритому стані, відбувається подача струму на дросель. Дросель - це котушка індуктивності, що володіє високим опором змінному струму і малим - постійному. Цей елемент може запасати енергію та регулювати протікання струму. З дроселя електричний струм надходить на конденсатор, який запасає електричну енергію, а потім подає її на процесор.
Якісні компоненти - запорука довговічності
У ланцюгах живлення деяких моделей сучасних материнських плат використовують високоякісні електронні компоненти.
У 2006 році компанія Gigabyte, прагнучи реалізувати підхід високоякісні компоненти - високоякісні системні плати, вперше оснастила свої вироби на основі чіпсету Intel P965 конденсаторами з твердим електролітом. Це дозволило збільшити надійність роботи, а також термін служби виробів у шість разів. Крім того, було вирішено проблеми, пов'язані з пробоєм конденсаторів, які нерідко виникають під час використання системних плат на основі звичайних електролітичних конденсаторів.
На платах із технологією Ultra Durable 2 використовуються МОП-транзистори з наднизьким опором у відкритому стані RDS(on). Це дозволяє знизити опір приперемикання і прискорити зарядку та розрядку в порівнянні зі звичайними МОП-транзисторами. Замість звичайних дроселів із залізними сердечниками використовуються дроселі із сердечниками із фериту — матеріалу на основі оксиду заліза та інших металів. Такі сердечники здатні при високих частотах запасати енергію на більш тривалий термін, ніж звичайні, що дозволяє зменшити її втрати. А конденсатори з жорстким електролітом японського виробництва, що відрізняються високою стабільністю параметрів, надійністю і величезним терміном служби, чудово підходять для роботи ПК як у звичайному режимі, так і в умовах розгону. Таким чином, пристрої на основі Ultra Durable 2 відрізняються підвищеною надійністю, довговічністю, низькою температурою та хорошими можливостями для розгону завдяки використанню в ланцюзі живлення високоякісних силових елементів. Варто відзначити, що останнім часом високоякісні силові елементи можна зустріти на деяких моделях початкового та більшості моделей середнього рівня системних плат практично всіх великих виробників.
Технології енергозбереження - економія електрики та турбота про навколишнє середовище
Наприклад, материнські плати серії DQ6 оснащуються дванадцятифазною підсистемою живлення центрального процесора. Коли комп'ютер знаходиться у стані спокою або дуже низького завантаження, задіяні лише чотири фази. Якщо навантаження на процесор починає зростати, то парами включаються додаткові фази, поки їхня кількість не досягне дванадцяти. Ця технологія отримала назвуDynamic Energy Saver (DES). Для її роботи потрібно запустити спеціальну утиліту, яка також дозволяє переглядати кількість фаз, що використовуються, і відображає інформацію про кількість зекономленої електроенергії. Нещодавно з'явиласьпокращена версія цієї технології -Dynamic Energy Saver Advanced, яка не вимагає запуску утиліти і працює в умовах розгону. А спеціальні світлодіодні індикатори, якими оснащуються материнські плати з функцією енергозбереження, дають змогу візуально відстежувати кількість задіяних фаз живлення.
В арсеналі компанії ASUS також є аналогічна технологія під назвоюEnergy Processing Unit (EPU). Її основна відмінність полягає в тому, що на платах ASUS передбачено лише два режими роботи. Наприклад, на топовій материнській платі Р5ЕЗ Win Deluxe з восьмифазною підсистемою живлення процесора в режимі простою працюють лише чотири фази, а в режимі завантаження - всі вісім.
Ще однією особливістю ASUS EPU є база даних, в якій зберігаються оптимальні налаштування для існуючих моделей процесорів Intel. Ця технологія сама визначає модель процесора і використовує під час роботи з ним налаштування, на яких він функціонує найбільш стабільно і ефективно. Крім того, ASUS EPU також може керувати швидкістю обертання вентиляторів, забезпечуючи тиху роботу всієї системи.
Технологія працює повністю на апаратному рівні, а для налаштування опцій енергозбереження створено спеціальну утиліту Ai Suite, що входить до комплекту постачання відповідних моделей материнських плат.
Крім того, керуючі мікросхеми використовуються не тільки для перемикання кількості фаз живлення, але і динамічного керування такими параметрами, як напруга та сила струму, що дозволяє не тільки знижувати енергоспоживання, але й забезпечує більш стабільну роботу процесора за рахунок контролю та налаштування параметрів живлення.
Окрім економії коштів, що витрачаються на оплату рахунків за електроенергію, технології енергозбереження дозволяютьзнизити шкідливий вплив на довкілля. Що менше енергії витрачається комп'ютером, то менше палива спалюється на електростанціях. В результаті виділяється менша кількість вуглекислого газу, що сприяє розвитку парникового ефекту. За даними компанії ASUS, одна материнська плата, оснащена EPU може протягом року заощадити 33 кВт/год електроенергії, виробництво якої призводить до викиду в атмосферу близько 20 кг вуглекислого газу.
DrMOS: комплексний підхід MSI
Компанія Microstar має у своєму розпорядженні цілий набір фірмових технологій, успішно застосовуючи їх при розробці материнських плат вже більше чотирьох років. Найбільш актуальна з них, а точніше цілий набір технологій, має назву DrMOS. Його можна розділити на три складові: GreenPower, XpressCool та RapidBoost.
GreenPower. Значна частина енергії, яку споживає комп'ютер, витрачається марно. Вона виділяється у вигляді тепла у вторинних джерелах живлення та йде на нагрівання повітря.
Розглянемо найпростіший приклад. Припустимо, що потужність, що споживається центральним процесором, становить 80 Вт. Але споживана системним блоком тільки живлення процесора потужність у своїй становитиме близько 160 Вт. Частина цієї потужності (48 Вт при 70% ККД) виділиться у вигляді тепла в блоці живлення, а 22 Вт (при 80% ККД) - у ланцюзі живлення материнської плати. Таким чином, до процесора «дійде» менше 60% потужності, решта втратиться у вторинних джерелах живлення.
У ланцюзі живлення процесора плат MSI серії DrMOS (Driver MOSFET, активно-керовані МОП-транзистори) використовуються спеціальні однойменні мікросхеми, що містять інтегральну мікросхему, що управляє, верхній і нижній польовий транзистори. Це рішення має досить високий ККД (близько 93%), що дозволить знизити витратиенергії для живлення CPU в наведеному нами прикладі зі 160 до 125 Вт. Температура мікросхем DrMOS значно нижче, ніж у стандартних МОП-транзисторів (55,3°С проти 71,6 °С).
Крім того, на таких системних платах застосовуються твердотільні конденсатори, екрановані дроселі та полімерні конденсатори з високою провідністю (НІ-САР). Ще одна особливість GreenPower - можливість динамічного включення або вимикання фаз живлення процесора, пам'яті та чіпсету з BIOS або спеціального програмного забезпечення, що входить до комплекту поставки - GreenPower Center. На платі розміщені спеціальні світлодіодні індикатори, що дозволяють відстежувати активність фаз живлення. А модуль GreenPower Genie, що підключається до ланцюга між блоком живлення та материнською платою, дозволяє відстежувати струми на кожному каналі живлення та споживану потужність. Цей модуль входить лише у комплект постачання топових моделей плат серії Diamond з чіпсетом Intel P45.
XpressCool . Друга група нововведень під назвою XpressCool - це набір технологій, призначених для підвищення ефективності охолодження материнської плати та зручності її використання. Насамперед, слід зазначити масивну систему охолодження Circu-Pipe 2, яка складається з п'яти мідних теплових трубок, що з'єднують радіатори на силових елементах та південному мосту з новим елегантним радіатором північного мосту. Вона не завадить встановленню великих кулерів на центральний процесор або складання CrossFire.
RapidBoost. Третя складова DrMOS, технологія RapidBoost, призначена для збільшення продуктивності системи. Вона включає як стандартні для материнських плат на основі Intel P45 особливості, такі як наявність двох слотів PCI Express xl6 2.0 і підтримку режиму CrossFire за формулою х8-х8, такі унікальні можливості, наприклад, двофазну підсистему живлення модулів оперативної пам'яті та набору системної логіки, що дозволяє підвищити стабільність роботи при розгоні, спеціальну BIOS з можливістю управління тактовим генератором, гнучкої зміни різних напруг, таймінгів оперативної пам'яті та покращеною функцією допомоги. Також на платах із підтримкою RapidBoost передбачено спеціальний джампер, який дозволяє змінювати частоту системної шини з 200 до 400 МГц.
Стаття написана майже два роки тому, тому назви плат та цифрові характеристики звичайно змінилися. Але багато принципів і підходів, що лежать в основі проектування системних плат, залишаються незмінними. Та й самі плати продовжують працювати.