Введение
Модуль регулятора напряжения (VRM), иногда называемый модулем питания процессора (PPM), является понижающим преобразователем напряжения, который обеспечивает микропроцессор и чипсет необходимым напряжением питания, преобразуя +3,3 В, +5 В или +12 В в более низкие напряжения, требуемые устройствами, что позволяет монтировать на одной материнской плате устройства с разными напряжениями питания. В персональных компьютерах (ПК) VRM обычно состоит из силовых MOSFET-транзисторов.
A voltage regulator module (VRM), sometimes called processor power module (PPM), is a buck converter that provides microprocessor and chipset the appropriate supply voltage, converting +3.3 V, +5 V or +12 V to lower voltages required by the devices, allowing devices with different supply voltages be mounted on the same motherboard. On personal computer (PC) systems, the VRM is typically made up of power MOSFET devices.
Обзор
Большинство модулей регулятора напряжения монтируются на материнскую плату пайкой. Некоторые процессоры, такие как Intel Haswell и Ice Lake, содержат часть компонентов регулирования напряжения непосредственно в корпусе процессора, что упрощает конструкцию VRM на материнской плате. Такая конструкция упрощает сложное регулирование напряжения, включающее множество напряжений питания процессора и динамическое включение и выключение различных областей процессора. Регулятор напряжения, интегрированный в корпус или на кристалл, обычно называют полностью интегрированным регулятором напряжения (FIVR) или просто интегрированным регулятором напряжения (IVR). Большинство современных процессоров требуют напряжения менее 1,5 В, поскольку разработчики процессоров стремятся использовать более низкое напряжение ядра. Более низкое напряжение помогает снизить энергопотребление процессора, которое часто указывается через тепловую мощность (TDP) – номинальное значение для проектирования систем охлаждения процессора. Некоторые регуляторы напряжения обеспечивают фиксированное напряжение питания процессора, но большинство из них измеряют требуемое напряжение от процессора, фактически являясь непрерывно регулируемым регулятором. В частности, согласно спецификации Intel, VRM, припаянные к материнской плате, должны осуществлять измерение напряжения. Современные видеокарты также используют VRM из-за более высоких требований к мощности и току. Эти VRM могут выделять значительное количество тепла и требуют радиаторов, отдельных от графического процессора (GPU).
Определение напряжения
Правильное напряжение и ток передаются микропроцессором в VRM при запуске посредством набора битов, называемых VID (определение идентификации напряжения). В частности, VRM первоначально подает стандартное напряжение питания на логику VID, которая является частью процессора и предназначена исключительно для передачи VID в VRM. Получив VID, идентифицирующий требуемое напряжение питания, VRM начинает функционировать как регулятор напряжения, обеспечивая процессору необходимое стабильное напряжение и ток. Вместо того чтобы использовать блок питания, генерирующий фиксированное напряжение, процессор применяет небольшой набор цифровых сигналов – линии VID – для указания бортовому преобразователю питания желаемого уровня напряжения. ШИМ-преобразователь (buck converter) затем соответствующим образом регулирует выходное напряжение. Такая гибкость позволяет использовать один и тот же блок питания для процессоров с различными номинальными напряжениями и снижать энергопотребление в режиме простоя, понижая напряжение питания. Например, устройство с 5-битным VID может выдавать одно из максимум 32 (25) различных выходных напряжений. Эти напряжения обычно (но не всегда) равномерно распределены в заданном диапазоне. Некоторые кодовые слова могут быть зарезервированы для специальных функций, например, для отключения устройства, поэтому 5-битное устройство VID может иметь менее 32 уровней выходного напряжения. Соответствие между числовыми кодами и напряжениями питания обычно указывается в таблицах, предоставляемых производителями компонентов. С 2008 года VID выпускается в 5-, 6- и 8-битных вариантах и в основном используется в силовых модулях с выходным напряжением от 0,5 В до 3,5 В.
VRM и разгон
VRM необходимы для разгона. Качество VRM напрямую влияет на разгонный потенциал материнской платы. Один и тот же процессор, разогнанный до одинаковой частоты, может демонстрировать заметные различия в производительности в зависимости от используемых VRM. Это связано с тем, что для успешного разгона требуется стабильное электропитание. Когда процессор работает на частотах выше заводских, потребление энергии возрастает, поэтому VRM должны обеспечивать соответствующую мощность.