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  • 拼 命 加 载 中 ...   评价一款主板或显卡好还是差可以从很多方面着手,比如主板的散热设计、显卡插槽多少、支持什么内存规格、超频能力、I/O接口的种类与数量,甚至连外观够不够YY都成了一个重要因素,以至于大家常常“忽视”了主板最基本的部分—PCB设计与用料。

      PCB设计牵涉的技术很多,包括PCB层数、PCB颜色、走线排布、含铜多少、滤波处理以及元件布局等等,作为普通消费者,包括小编在内的大多数读者不懂也不需要去懂这些参数。实际上前面用“忽视了主板做工与用料”这一说法并不准确,因为在堆料风盛行的今天,主板(还有显卡)的PCB设计已经大大超过了所需要的水准,比如微星的Big Bang Marshal主板的PCB就有24相电路,HAWK以及Lighting版的显卡也是动辄6-8相供电设计,其他厂商的做法也类似,可以说目前的主板在PCB做工上都达到或超过了合格标准。

    不同的用料往往决定了产品的稳定性和超频性

      基本的东西合格了并不意味着一切OK了,不然也就不会有A主板上4G很稳定,B主板怎么也超不上去的差异了,即使A和B都是8相供电。出现这一悲剧的原因就要谈到主板的用料问题了,不同的用料选择往往决定了主板/显卡的超频潜力以及长期使用的稳定性。

    ◆ 供电电路的基本组成及用料(一)

      现在的主板大都采用多相供电,即使是低端主板的供电基本也是4相起步了,但是供电电路设计的再怎么复杂,实际工作中都会遵循如下过程:PWM供电管理芯片通过CPU的VID值获得需要的电压信息,然后发出控制信号给MOSFET Driver芯片,后者会导通上桥MOSFET管,电流开始进入电感和电容中,MOSFET Driver芯片再导通上桥MOS管开始给CPU供电,如是开始下一个循环。因为电压存在波动,PWM芯片还会实时收集电流和电压的反馈信息,不断调整输出电压使之处于Intel的VRM规范之内。

    单相CPU供电的工作示意图

      原理都是一样的,对主板性能有影响的就是电容、电感以及MOSFET管这三大件了,它们的不同组合造就了主板性能与稳定性的巨大差异,配置好的主板超频能力强,发热也低,配置不够好的不仅超频性能差,甚至做不到长期稳定使用。

      首先来看电容,这是主板中最容易YY的地方。有关电容的作用、分类、性能、优缺点以及不同厂商的电容特性的文章很多,这里不再赘述,只从实用入手谈谈现在厂商使用的几种电容,包括常规的固态电容、钽电容和去耦电容。

      全固态电容现在可以说是最基本的配置了,但是不同厂商使用的固态电容品牌和性能相差很大。目前主板上用的最好的固态电容当属三洋的OSCON SVP系列电容。

    三洋SVP系列的紫色固态电容可以说是主板上应用的最高端的固态电容了

      第二个等级的固态电容是尼吉康(nichicon,又称蓝宝石)、日本化工(Nippon chemi con,简称NCC)以及富士通,不过现在能见到的并不多了,因为尼吉康和富士通在苏州成立了合资公司—日科能高(很囧的名字),由于有日系技术做基础,其性能还是很不错的。

      第三个级别的固态电容是香港万裕(Samxon)和台湾立隆(Lelon),目前万裕的电容大都是红色ULR系列,而立隆普遍是蓝色,单从颜色上看很容易与富士通L8和日化PS电容相混淆。这两家的固态电容性能尚可,价格要比日系便宜许多,所以使用者众多,包括NVIDIA的公版GTX 560 Ti、GTX 550等中高端显卡都使用了万裕及立隆的电容。

      全固电容的概念玩腻了之后,厂商又开始寻找新的热点,俗称“小黄豆”的钽电容开始进入人们的视线。由于钽元素的稀有性,钽电容的身价和性能自然水涨船高,成了厂商眼中的新卖点,一些厂商很喜欢用上几颗钽电容给主板或者显卡抬抬身价。

      严格来说,钽电容实际上也是电解电容,只是使用了金属钽做介质而已,其特点是寿命长、体积小、耐高温、准确度高、高频率波性能好,缺点则是容量较小、耐压能力小、价格比较贵,主要应用于电压不高而需要大容量滤波的地方。

    小黄豆钽电容成为厂商的新宠

      由于钽元素的稀有性,能够生产钽电容的厂商并不多,目前用的最多是号称美国军规认证的Kemet(基美)公司生产的Kemet T491钽电容,使用的是二氧化锰做阴极。Kemet T491钽电容在之前测过的昂达GTX 560 Ti神戈版、威航(原来的虎牌)以及索泰的至尊版这些显卡上有较多应用。

    ◆ 供电电路的基本组成及用料(二)

      除了固态电容和钽电容之外,这一年来还有一种电容异常火热,这就是高端显卡和主板必备的去耦电容。

    微星Big Bang主板上就使用了NEC Proadlizer去耦电容

      耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响,并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。耦合会对电流是一种干扰,去耦电容的意义就在于消除这一干扰,还原电流的纯洁与稳定。

      

    去耦电容可以消除电路中的干扰

      判断去耦电容的好坏的依然是ESR(等效电阻)和电容量,以使用较多的NEC Proadlize去耦电容为例,它的型号一般为“0D 907”这种,前面代表电压,0表示10的0次方,也就是1倍,D为2.0V,E为2.5V,H为5V,J是6.3V,A为10V,常见的基本都是2.0V和2.5V的。后面的数字代表电容量,907表示是90*107,单位是pF(p=10-12),也就是900uF,同理128表示是12*108=1200uF。一颗去耦电容的电容量通常要远远高于普通固态电容和MLCC陶瓷电容,多颗并联的话将会节省大量布局空间,而且性能更好。

    去耦电容被称为电容届的奢侈品,一颗顶5颗不费劲

      说完了电容再来看看电感。电感在电路中起到滤高频、蓄能的作用,它的数量一般与供电相数相同,所以数一下主板供电部分的电感数量基本就能判断供电相数了。

      决定电感好坏的因素为线圈直径、线圈匝数、有无磁芯等,从用途、材料、封装、绕线结构等不同角度来分的话,电感会有很多种类,不过我们在主板和显卡的供电电路常见到的多是半封闭/全封闭式铁素体电感。

    开放式和半封闭电感在主板/显卡上应用的越来越少

      

    微星的主板上则使用了独特的SFC电感

      最后来看供电电路中的MOSFET(场效应管),虽然它的关注度不及电容和电感,但是作用不可小觑,而且MOSFET管的开关频率非常快,通过电流高达几十安,因此MOSFET的发热也比较高,不同的MOSFET选择甚至会影响主板的散热效果。

      MOSFET通常还要搭配一个driver ic驱动芯片才能工作,有些MOSFET已经内部整合了driver芯片,因此不需要额外搭配。基本的配置至少要有一上一下两个MOSFET管,设计较好的一般会是一上两下搭配,部分高端主板/显卡还会有两上两下MOSFET,比如之前测过的昂达GTX 560 Ti神戈版显卡就使用了两上两下MOSFET,更多的MOSFET搭配可以有效分摊每相电路的电流,减少发热,降低能耗。

    DrMos相比传统MOSFET优势多多

      目前上下桥+驱动IC的分离式M0SFET依然是主流,但是Intel提出的DrMos设计在高端主板中很流行,DrMos整合了驱动IC和上下桥,开关切换时间更短,内部电阻和漏电流更小,因此DrMos的响应速度快,转换效率高,无用功耗也小,在温度和占用面积上比普通的MOSFET也有较大优势。

      主板上常用的DrMos有Vishay公司的SiC769CD、瑞萨(Renesas)的R2J20602、20652A等几种。

      

    DrMos设计的一颗芯片就相当于传统的上下桥+驱动IC

      以上只是对主板/显卡的三大件—电容、电感和MOSFET做了简单分析,而厂商在实际研发时还会根据需要适时调整用料,因此像微星、华硕、技嘉这些一线大厂都有自己特色的用料风格,下面就分别来看这些厂商都会选择那些特色用料吧。

    ◆ 华硕特色:DIGI+VRM数字供电

      今年第一季度的出货量统计中,华硕依然位居第一,除了品牌优势之外,这也与华硕主板的特色设计分不开的。在供电电路上,华硕的中高端主板大都采用DIGI+VRM数模混合供电设计。

    华硕的中高端主板大多使用了DIGI+VRM设计

      华硕主板的供电电路使用了数字供电,以P8P67 Deluxe为例,CPU主供电有16相供电之多,还有另外2相专供内存。

    华硕的中高端主板大多使用了DIGI+VRM设计

    华硕中高端主板的使用固态电容大多是尼吉康定制的

      具体到三大件上,单从颜色来看固态电容就不一样,褐色、抛光的FP5K电容实际上是日本尼吉康子公司FPCAP专为华硕定制的,在105°高温下寿命达5000小时。

      电感方面,华硕使用的是型号为EMC RS1KU 1038,具体参数不详。

      MOSFET方面,这款主板使用的是传统的上下桥设计,上桥是7030AL(最大电流70A,ESR为7毫欧),下桥则是5030AL(80A,5毫欧)。

    华硕顶级的R0G系列中用料规格有所提升

      在更高一级的ROG系列上,主板的用料有所升级,固态电容还是是定制的FP5K,但是会增加一颗FPCAP ML或者NEC Proadlizer电容用以稳定CPU供电电流。电感也会升级为Trio出品的合金外壳R68电感,MOSFET变为DirectFET MOSFET,也是金属外壳,散热性能比普通的MOSFET好一些。

      总体来看,华硕主板在用料上属于一流水准,但是基于华硕的老大身份来看,它在主板用料上谈不上奢侈,尼吉康血统的固态电容好可以,但是MOSFET部分并没有采用DrMos设计。

    ◆ 技嘉特色:两倍铜+超耐久

      技嘉是最早使用两倍铜技术的主板厂商,通过在PCB的电源层和接地层之间添加两倍于常规量的铜(从1盎司提高到2盎司),提高了PCB的电气性能和散热效果。虽然在电源领域,20盎司铜技术都不算多新鲜,但是在主板PCB制造中,技嘉的两倍铜技术却是吃了第一个螃蟹。

    技嘉提出的两倍铜技术改善了主板/显卡的PCB电气性能

      虽然两倍铜技术最早有厂商自我宣传的影子,但是它对PCB的性能确实有着改进,所以华硕、微星、精英(取名三倍金)、昂达(取名倍稳固)等大部分厂商都在主板PCB使用了2盎司铜,后来还扩展到显卡中,多数显卡的PCB也开始应用2倍铜技术。

    技嘉的超耐久技术在电容、电感和MOSFET用料方面也有独到之处

      2倍铜只是超耐久技术中的一部分,技嘉的中高端主板在用料方面也不含糊,在P67A-UD4主板的供电电路上就可以看出来。这款主号号称拥有24相供电,并支持Dual GPU Power在12相供电和24相供电之间自由切换。

      主板的电容来自NCC日本化工,电感也是全封闭铁素体,不过具体型号和规格不详。MOSFET部分使用了DrMos设计,型号为SiC769CD,整合了驱动IC和上下桥。

    技嘉的P67A-UD4主板使用DrMos设计

      不止是P67A-UD4,低一档的P67A-UD3R也使用了DrMos,高端的G1系列自不必说也少不了DrMos。

      技嘉是主板2倍铜技术的倡导者,再加上超耐久技术的辅助,它旗下的主板在做工与用料上也值得关注,NCC固态电容和DrMos在主板中属于上乘水准。

    ◆ 微星特色:主打军规认证

      相比华硕和技嘉,微星在主板/显卡用料上形成了一个完整的体系,主打的是“军规认证”,目前已经发展到军规二代。

    微星的主板/显卡全面进化到军规二代标准

      众所周知,军用产品由于使用环境的特殊性对产品的可靠性、稳定性有着苛刻的要求,能通过军规认证的产品也就意味着品质有了保证。微星的军规二代在原来军规的基础上进行了升级,使用了Hi-CAP钽电容、SFC超级亚铁盐电感和DrMos一体式MOS管,拥有超过20年的使用寿命,同时电源损耗和电磁干扰比军规一代更低。

    Hi-c Cap钽电容拥有普通固态电容不可比拟的优势

      主板的输入输出端使用了名为Hi-CAP的钽电容,它实际就上三洋最顶级的POS-CAP钽电容,具有如下特点:

    1:容量大,1500uF的电容量远高于普通钽电容和固态电容。

    2.耐压值高,输出用的固态电容耐压一般在2.5-4.0V之间,锰钽电容甚至更低,而Hi-Cap电容可以的耐压值为4.7V。

    3.寿命长,普通固态电容在85°下寿命只有2000小时,Hi-CAP钽电容在85°下使用寿命为16000小时,105°下也有2000小时,这也是微星宣称能使用20年的原因。

    4.ESR超低,最低只有5mΩ。

      军规二代的第二个基础来自于SFC电感。微星使用的电感名为SFC(Super Ferrite Choke)超级亚铁盐电感,与普通电感相比,SFC电感的储电效能比普通电感高30%,氧化阻抗更低,能效提高10%,同时发热更少,超频性能更佳。

    SFC电感

      此外,在主供电电路之外微星也全部使用了固态电容,虽然性能较三洋POSCAP钽电容差一些,但其性能用主供电之外的场合还是绰绰有余的。

    在固态电容普及的今天微星也不能例外

      微星一直是DrMos技术的领先者,早在P45主板时代就开始使用DrMos技术,新一代主板上自然也大量应用了DrMos设计。

    微星目前的主板上普遍应用了DrMos设计,来自瑞萨20652A

      相比其他厂商,微星的用料风格已经形成了一个完整的体系,虽然少不了厂商的自吹自擂,但是这种做法对消费者评估主板或者显卡的品质还是由一定帮助的,就像打了Logo一样,我们一眼就可以判断出产品在做工与用料上的等级。

    ◆ 全文总结

      主板和显卡的做工与用料关乎产品的稳定性、超频性等,可以说是主板/显卡的根基所在,重要性非同一般。不能说厂商对这一部分不重视,相反做工与用料成了厂商做容易做文章的地方,有奢华堆料的,也有偷工减料的,当然这也造就了最终的产品在性能与稳定上的巨大差异。

      本文以三家一线厂商为例简要分析了他们在主板/显卡上的做工与用料,总体来看这些大厂在产品的品质上还是不敢含糊的,都达到了6相以上的供电电路、日系固态电容、全封闭电感以及一上一下MOSFET的最低要求,其中微星的做法尤为特殊,已经形成了自己的体系,Hi-c CAP顶级钽电容、SFC超级亚铁盐电感、全固态电容以及高整合度的DrMOS设计使之脱颖而出,用料方面全面胜过华硕和技嘉。

      除了这三大厂商之外,其他厂商其实也有不少的特色用料,比如精英的三倍金、盈通的游戏高手、昂达的倍稳固(虽然名字很山寨,但是也基本做到了人有我有)等等,不过他们的用料上并未形成体系,不同型号差距往往比较大,因此没做单独介绍。

    已经形成体系的军规二代认证意味着品质有保证

      即使消费者对用料方面一无所知,实际选择中这也不会成为障碍,偏爱品牌的话,选择技嘉、华硕、微星等大厂没有错,微星的军规二代品质尤其让人放心。看重价格的话,通路厂商也一样可以选,虽然用料上比不过军规二代,但是基本面还是有的,毕竟现在全固态电感、全封闭电感都普及了。

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