آشنایی با مدار VRM در مادربردها و نگاهی به این بخش مهم از GIGABYTE Z390ها

یکی از بخش های حساس و مهم در مادربردها، مدار تغذیه VRM است؛ مدار VRM چیست و از چه نظر حائز اهمیت است؟ دلیل اصلی مانور شرکت ها بر روی ویژگی های این مدار چیست؟ در ادامه ضمن پاسخ به تمامی این پرسش ها، به بررسی مدار تغذیه VRM در مادربردهای کمپانی GIGABYTE خواهیم پرداخت. با "سخت افزار" همراه باشید.

آشنایی با کاربرد مدار مهم VRM در مادربردها

مدار Voltage Regulator Module به اختصار VRM، مداری حساس است که افزون بر مادربرد، در سخت افزارهایی نظیر کارت گرافیک نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که می دانید، گیت های خروجی منابع تغذیه (PSU) شامل ولتاژ های مادر، از جمله 12 ولت، 5 و 3.3 ولت خواهند بود. اما CPUها با ولتاژی بسیار پایین از این مقدار سازگار هستند که امروزه عمدتا بین 1 الی 1.4 ولت است. همچنین در زمان "اورکلاک" و افزایش جریان به منظور بالا بردن فرکانس نیز مدار VRM نقشی حیاتی را ایفا کرده و مانند بالهای پرواز یک CPU است.

کاربرد اصلی VRM تبدیل ولتاژهای خروجی پاور، به ولتاژ مورد نیاز CPU است. همچنین بخشی در CPUهای Intel و APUهای AMD قرار دارد که گرافیک داخلی بوده و برای تغذیه آن نیز فاز و یا فازهای رگولاتور مجزا تعیین می گردد. این مدار به واقع تبدیلی از نوع DC به DC را انجام می دهد. VRM ها معمولا به عنوان یک رگولاتور سوئیچینگ مانند یک مبدل باک اجرایی می شوند. به این مدار گاها مبدل Buck نیز گفته می شود؛ مبدل Buck عمدتا با هدف تبدیل جریان های DC به DC در مقادیر پایین مورد استفاده قرار می گیرد.

مدار VRM ضمن آنکه می بایست ولتاژ DC به DC را به مقادیر پایین تر تبدیل کند، وظیفه دارد تا جریان (آمپر) مورد نیاز را برای اوج گرفتن CPU در فرکانس های گوناگون فراهم سازد. با وجود آنکه ولتاژ مورد استفاده در CPU و GPU بسیار ناچیز است، اما در عوض جریان مورد استفاده آنها بسیار بالا خواهد بود. در مدار VRM مادربردها، عمدتا از MOSFET های بالا گذر و پایین گذر استفاده می گردد. کیفیت این ماسفت ها نیز به خودی خود عامل تعیین کننده ای در این مدار هستند؛ چرا که با گذر زمان، گرما و افزایش فشار، تلورانس خطای ماسفت ها متغییر بوده و امکان دسترسی به عملکرد مناسب در آنها به خطر می افتد. مدار PWM به همراه یک کنترل کننده و ماسفت های گوناگون، بخش مهمی از مدار VRM را تشکیل می دهند.

و اما بخش "فاز" که بسیار حائز اهمیت است؛ در مادربردهای امروزی، حداقل 3 فاز (Phase) در مدار VRM تعبیه شده است؛ فاز ها با آرایش موازی در یک مدار قرار می گیرند. ولتاژ CPU به ندرت ثابت می شود، زیرا به منظور کارآیی بیشتر، از تکنیک های مختلف DVFS استفاده می کند که به صورت پویا بار را تحت شرایط مختلفی تغییر می دهد. کنترل سریع جریان CPU در فرکانس های متفاوت نیز یک امر مهم است که کنترلر و مدار تغذیه VRM در مادربردها، باید به سرعت آن را کنترل نمایند. مدتی است که اکثر مادربرد ها خصوصا در مدل های پرچمدار High-End از مدار دیجیتالی یا به عبارت ساده تر، کنترلر دیجیتالی در مدار VRM استفاده می نمایند.

ویژگی مدار کنترلر دیجیتالی به نسبت آنالوگ آن است که تلورانس خطا بسیار کاهش یافته و واکنش در جریان و فرکانس های گوناگون بسیار سریع است. به دلیل گذر جریان بالا در ماسفت و قطعات الکترونیکی مدار VRM، برخی از کمپانی های سازنده مادربرد بر روی آنها خنک کننده های هیت سینک قرار داده و حتی در مواردی از یک عدد فن کوچک و یا حتی بلاک خنک کننده مایع استفاده می نمایند. دمای پایین، برای مدار VRM مانند نیاز انسان به هوا است! به عبارت دیگر، دمای مدار VRM در مادربردها، به بخشی تبلیغاتی مبدل شده است که شرکت ها بر روی آن مانورهای خاصی را می دهند. حال که با مفهوم و کاربرد مدار مهم VRM در مادربردها آشنا شده اید، سری به مدار VRM مادربردهای گیگابایت خواهیم زد تا بدانیم که این شرکت در مادربردهای جدید خود چگونه به این مدار پرداخته و قابلیت های آن در بالا بردن نرخ فرکانس چیست؟

بررسی مدار VRM در مادربردهای GIGABYTE

اینتل با معرفی پردازنده های نسل 9 خود، چیپست بهبود یافته Z390 را نیز برای ساخت مادربردهای سازگار و بهبود یافته با این محصولات ارائه کرد که منجر به تولید مادربردهای حرفه ای بسیاری شده است؛ کمپانی نام آشنای "گیگابایت" نیز آستین بالا زده و برای مادربردهای مبتنی بر چیپست Z390 خود، یک مدار VRM توانمند و البته خنک را طراحی کرده است (در مادربردهای گیگابایت یا نام تجاری AORUS) که از پس اورکلاک پرچمدارانی نظیر Intel Core i9 9900K بر آید. اینتل برای اولین بار امکان بردن تمامی 8 هسته به فرکانس های بالا نظیر 5.0 گیگاهرتز را فراهم ساخته و این سازندگان مادربرد هستند که تعیین خواهند کرد که این پرواز چگونه در این پردازنده ها شکل گیرد.

به طور حتم، کنترل دمای CPU و مدار VRM مهمترین اصل در بالا بردن فرکانس پردازنده های نسل 9 اینتل خواهد بود. در وهله نخست، استفاده از یک مدار VRM با فازهای رگولاتور متعدد است که برگ برنده را در اختیار مادربردهای Z390 گیگابایت قرار می دهد تا حتی از مرز فرکانس 5.0 گیگاهرتز نیز عبور نمایند. این شرکت از مدارهای VRM با فازهای رگولاتور بیشتر به نسبت مدل های مشابه از رقبا بهره گرفته و از این رو می تواند جریان بالاتر و بهبود یافته ای را به سوی CPU سرازیر نماید. در بخش تعداد مدارهای فاز رگولاتور، برتری مادربردهای Z390 گیگابایت به نسبت رقبا تقریبا مشهود و انکار ناپذیر است.

به عنوان مثال، طراحی IR digital در مادربرد Z390 AORUS MASTER لحاظ شده و کنترلر PWM به همراه PowlRstage MOSFET قادر به ارائه 40 آمپر جریان برای هر فاز هستند. شایان ذکر است که این مادربرد دارای 2 درگاه 8 پین تغذیه PWM است. در ادامه، به سراغ بخش تهویه این مدار خواهیم رفت.

یکی از مسائل مهمی که می تواند دمای PCB را پراکنده کرده و مقاومت آن را بالا ببرد، استفاده از لایه های مس اضافی است؛ GIGABYTE در تولید مادربردهای Z390 خود از خرج 2 برابری مس استفاده کرده و این تازه آغاز داستان تهویه مدار قدرتمند VRM است.

همه چیز از پشت مادربرد شروع می شود؛ Backplate فلزی تعبیه شده در پشت، به دفع حرارت کمک می کند. پس از آن گیگابایت از یک پد ناقل حرارت بر روی ماسفت ها استفاده کرده است که به طور کامل آنها را پوشش داده است. سپس یک هیت پایپ یا همان لوله ناقل حرارت در بالای آن تعبیه شده است؛ پس از آن، شاهد یک هیت سینک ویژه هستیم که به گفته گیگابایت، 300 درصد تهویه بهتری را با همان ابعاد پیشین ارائه می دهد. در پایان نیز یک پخش کننده حرارت Fin-Cut بر روی این بخش تعبیه شده است که با گردش هوای کیس، می تواند دمای نهایی را در این مدار کاهش دهد.

جالب است بدانید که پد حرارتی استفاده شده توسط گیگابایت، دارای ضخامت 1.5 میلی متر بوده و این پد نیز تا 2.7 برابر بیش از نسل پیشین، می تواند ناقل حرارت از ماسفت ها به خنک کننده باشد. همانطور که گفته شد، مدار VRM برای Extreme Overclocker ها و کاربرانی که از CPUهای High-End استفاده می کنند، یک مسئله مهم و قابل مطالعه است. همچنین در استفاده های طولانی مدت که CPU در فرکانس بالا زیر لود می رود، توجه به توانایی های مدار VRM در راس هرم قرار می گیرد. در ادامه، آزمون هایی به دست ما رسیده است که "توسط لابراتوار گیگابایت" تهیه شده است. این شرکت در آزمایشگاه خود، Core i9 9900K را در حالت فرکانس افزایش، فرکانس میانی و حتی اورکلاک مورد بررسی قرار داده است.

ظاهرا این شرکت موفق شده است تا بر روی بخشی از مادربردهای Z390 تمرکز کند که از رقبای خود پیشی گرفته نتایج آزمون ها و بررسی ها حاکی از آن هستند که در این امر نیز موفق بوده است. ترکیبی از جریان بالا، کنترل دیجیتیالی، استفاده از قطعات حرفه ای الکترونیکی و خنک کننده ای با مهندسی کم نظیر، دست به دست هم داده است تا مدار VRM گیگابایت را به حد اعلاء برساند.

سخن پایانی:

اورکلاکرهای حرفه ای، کاربرانی که رندرینگ های سنگین و طولانی مدتی را انجام داده، گیمرها، سازندگان محتوا، 3D و … نیازمند مادربردهایی هستند که از افزایش توان CPU نترسیده و بیشترین عملکرد را برای بخش های پردازشی به همراه داشته باشد. مادربردهای سری GIGABYTE Z390 با طراحی کاملا خاص خود در این زمینه، یک انتخاب ایده آل و حرفه ای هستند که خود را ملزم به بهره وری از حداکثر توان پردازنده های گران قیمت نسل 9 خواهند کرد.