مدار تنظیم‌کننده ولتاژ (VRM) چیست و بررسی اهمیت آن در کارایی پردازنده‌ها

سیستم برق‌رسانی مادربرد به قطعاتی که روی آن سوار می‌شوند از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم برق‌رسانی مادربرد، مدار تنظیم‌کننده ولتاژ یا Voltage Regulator Module است که وظیفه تصفیه ولتاژ ورودی از منبع تغذیه اصلی و تبدیل آن به ولتاژ مورد نیاز قطعات مختلف مثل پردازنده را داراست. در این مطلب قصد داریم اهمیت مدار تنظیم‌کننده ولتاژ و کارایی آن در نسل جدید مادربردهای جدید گیگابایت را بررسی کنیم.

مدار تنظیم‌کننده ولتاژ (VRM) چیست؟

در حالی که منبع تغذیه اصلی (پاور) ولتاژی ۱۲ ولتی را به مادربرد ارائه می‌کند، قطعات مختلف مادربرد از جمله پردازنده و رم به ولتاژ بسیار کمتری نیاز دارند. مثلا پردازنده‌های امروزی عموما در محدوده ولتاژ ۱.۱ تا ۱.۳ ولت کار می‌کنند. اینجاست که مدار تنظیم‌کننده ولتاژ نقش خود را ایفا می‌کند و این ورودی برق را گرفته و آن را به ولتاژهای کمتر تبدیل می‌کند. در مادربردهای قدیمی این تصفیه به صورت آنالوگ اتفاق می‌افتاد که از نظر کارایی ضعیف بود و در مواقع فشار کاری بالا یا اورکلاک می‌توانست منجر به افت ولتاژ (vDroop) شود که دلیل اصلی آن کم بودن تعداد فازها بود. اما امروزه این تبدیل به صورت DC به DC اتفاق می‌افتد و تصفیه توسط فازهای بیشتری صورت می‌گیرد که در نهایت از افت ولتاژ جلوگیری می‌کند.

به طور خلاصه این مدار وظیفه دارد ولتاژ مورد نیاز را به صورت پایدار و با جریان (آمپر) مورد نیاز ارائه دهد.

هر مدار تنظیم‌کننده ولتاژ از ترکیب قطعه‌های اصلی زیر به وجود می‌آید:

• ماس‌فت (MOSFET)
• خازن (Capacitor)
• چوک (Choke)

اما جدای از این قطعه‌ها، یک مدار مجتمع یا IC که عموما PWM Controller نامیده می‌شود نیز وجود دارد که نقشی مهم و کلیدی را ایفا می‌کند. این کنترلر وظیفه‌ی مدیریت ورودی و خروجی مدار تنظیم‌کننده ولتاژ را برعهده دارد تا خروجی مدار آن چیزی شود که باید باشد.

فاز یا کانال چیست؟ 

قطعا تا به حال شنیده‌اید که مثلا فلان مادربرد از برق‌دهی ۱۲ فاز برخوردار است. مدار تنظیم‌کننده می‌تواند چندین خروجی ولتاژ بدهد که به صورت موازی کار می‌کنند. در واقع همه‌ی این ولتاژهای خروجی به صورت همزمان و یکجا به پردازنده تزریق نمی‌شوند بلکه هر فاز یا کانال یک زمان مشخصی را برای ارائه‌ی ولتاژ تعیین می‌کند. بنابراین اگر مداری داشته باشیم که ۲ فاز داشته باشد، هر خروجی ولتاژ ۵۰% از کل زمان را به خود اختصاص می‌دهد. اگر ۳ فار داشته باشیم، هر فاز ۳۳.۳% از زمان را به خود اختصاص خواهد داد و مثلا اگر ۶ فاز داشته باشیم هر فاز ۱۶.۶% از زمان را در اختیار خود خواهد گرفت و این روند همینطور می‌تواند ادامه پیدا کند.

خب اگر مفهوم کلی را درک کرده باشید، متوجه می‌شوید زمانی که تعداد فازها بیشتر شوند، یعنی هر مدار تنظیم‌کننده ولتاژ زمان کمتری کار می‌کند، در نتیجه خنک‌تر خواهد بود و این خنک‌تر بودن و کم‌تر کار کردن مساوی خواهد شد با دوام و کارایی بالاتر.

پس زمانی که می‌گوییم یک مادربرد از مدار تغذیه ۱۲ فاز برخوردار است یعنی هر مدار تنظیم‌کننده ۸.۳% از زمان کلی را به خود اختصاص می‌دهد که در نهایت منجر خروجی ولتاژ پایدارتر و با نویز کمتری خواهد شد. طبیعتا هر مادربردی که فازهای بیشتری داشته باشد، کیفیت خروجی ولتاژهای آن بهتر خواهد بود و راحت‌تر می‌توان روی چنین مادربردی عملیات‌های سنگین انجام داد.

بررسی مدار تنظیم‌کننده ولتاژ در مادربرد Gigabyte Z390 AORUS Master

شرکت اینتل با ارائه چیپ‌ست Z390 این قابلیت را به وجود آورد تا نسل نهم پردازنده‌های اینتل (مثل Intel Core i9 9900K) بتوانند در تمام هشت هسته روی فرکانس ۵ گیگاهرتز کار کنند. رسیدن به این هدف اما کار ساده‌ای نیست و نیازمند آن بود تا شرکت‌های تولیدکننده مادربرد، محصولاتی را تولید کنند که بتواند از لحاظ برق‌رسانی نیاز این پردازنده‌ها را برطرف کند.

مدتی پیش مادربرد Aorus Z390 Master جهت بررسی از طرف گیگابایت برای‌مان ارسال شد که به‌زودی بررسی ویدیویی آن را خواهید دید. گیگابایت در سری جدید مادربردهای خود که از چیپ‌ست Z390 استفاده می‌کنند از سیستم برق‌رسانی اختصاصی خود استفاده کرده و قابلیت برق‌رسانی مناسب برای کار کردن تمام هسته‌های پردازنده روی فرکانس ۵ گیگاهرتز را تضمین کرده است.

خب واضح است که کار کردن یک پردازنده بسیار قوی هشت هسته‌ای، آن هم روی فرکانس ۵ گیگاهرتز حرارت بسیار زیادی تولید می‌کند و اگر مادربرد از لحاظ مهندسی سیستم خنک‌کنندگی ضعیف باشد، نمی‌توان عملکرد قابل قبولی را انتظار داشت. گیگابایت دقیقا برای حل این مشکل راه حل‌های خوبی را ارائه کرده است. نخستین راهکار استفاده از یک PCB با دو برابر فلز مِس بیشتر است که هم کارایی برق‌رسانی و انتقال اطلاعات را بهتر می‌کند هم منجر به پخش راحت‌تر حرارت در سطح مادربرد می‌شود.

شرکت گیگابایت روی مدار تنظیم‌کننده ولتاژ (VRM) این سری از مادربردهای خود تمرکز ویژه‌ای داشته است. این مدار از برق‌رسانی ۱۲ فاز دیجیتال برخوردار است که هر فاز می‌تواند ۴۰ آمپر (جریان) را به پردازنده تزریق کند. یعنی در مجموع این مدار تنظیم‌کننده قابلیت ارائه ۴۸۰ آمپر را داراست که بسیار قابل توجه است و مطمئنا می‌تواند به راحتی از پس نسل نهم پردازنده‌های اینتل بربیاید.

گیگابایت توانسته یک سیستم خنک‌کنندگی مفید را روی این مادربرد پیاده کند. روی مادربرد یک سیستم خنک‌کنندگی شامل پره‌های حرارتی و زیر آن یک لوله انتقال حرارت وجود دارد که مستقیما روی ماس‌فت‌ها و چوک‌ها سوار شده است و حرارت را آن‌ها گرفته پخش می‌کند. یک فضای انتقال حرارت نیز پشت مادربرد قرار گرفته است. در واقع حرارت تولید شده توسط VRM از هر دو طرف مادربرد به سرعت پخش می‌شود. این سیستم باعث شده تا دمای این مادربرد ۳۰ درصد خنک‌تر شود.

طبق بررسی‌های انجام شده، مادربرد Aorus Z390 Master می‌تواند بدون هیچ مشکلی پردازنده Core i9 9900K را در حالتی که همه‌ی هسته‌ها روی فرکانس ۵ گیگاهرتز هستند پشتیبانی کند به طوری که در زمان کار کردن هسته‌ها روی ۵ گیگاهرتز دمای محیط پردازنده به دمای ۸۷ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. این در حالی است که در شرایط مشابه دمای محصولات مشابه رقبای گیگابایت به بیش از ۱۰۰ درجه می‌رسد و عملا به خاطر حرارت بسیار زیاد نمی‌توانند کارایی مناسب و پایدار را ارائه کنند.

سخن پایانی

به طور کلی در این مطلب سعی کردم تا به شما دید بهتری نسبت مدار تنظیم‌کننده ولتاژ یا VRM بدهم. اهمیت این مدار یا ماژول روز به روز بیشتر می‌شود و اگر یک کاربر حرفه‌ای کامپیوتر هستید بهتر است حتما پیش از خرید مادربرد به طور تمام و کمال درباره آن مطالعه کنید. بخصوص اگر می‌خواهید از پردازنده‌های High End اینتل استفاده کنید.

طبق مطالعه و بررسی‌های که انجام دادیم سری مادربردهای Aorus Z390 توانسته‌اند یک مدار تنظیم‌کننده ولتاژ خوب و پایدار را ارائه کنند و می‌توانید روی آن‌ها حساب کنید. به‌زودی نیز نقد و بررسی ویدیویی مادربرد Aorus Z390 Master را منتشر خواهیم کرد.