【转】PCB板卡上的元器件逐个数_电脑吧_百度贴吧
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对新手用户来说，他们对板卡上的元器件知之甚少，不清楚这些元器件对板卡的稳定性究竟起到怎样的作用，更别提如何来识别和辨别这些元器件的优劣。因此，从本期开始，我们将帮助新手来认识和辨别板卡上的各种元器件，让大家在购买板卡时做到心中有数。在多数情况下，PCB本身被普通用户所忽视，而厂商却在不停地宣传如多层PCB、两倍铜PCB等新技术。那么，PCB的层数对板卡又有什么影响？如何分辨PCB的层数？两倍铜等技术会带来怎样的好处？别急，看完本文，你将会得到完整的答案。怎么方便怎么来—PCB的诞生相信不少玩家肯定还记得物理电学课程上的情景：在电学课程上，学生需要手动将各种各样的线路连接起来直到完成工程。在稍微复杂一些的电子实验课上，一个实验甚至需要连接上百条线路。这些线路都采用普通的铜导线，外皮是绝缘塑料。很显然，实验的结果暂且不说，光是连接这些线路就令人头疼。如果没有PCB，Core i7 860处理器的1156个针脚都使用铜线连接的话，那将是多么恐怖的一个数字！技术总是向着更方便和更简洁的方向发展。早在上个世纪的1925年，美国人Charles Ducas首次成功在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式建立导体作为连接线，第一次诞生了印刷电路板的概念。数年后的1936年，奥地利科学家保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国首次展示了他的箔膜技术，这成为现代PCB的里程碑事件。时至今日，PCB已经进化到难以想象的地步，但无论最终产品如何改变，Charles Ducas首次使用的“加成法”和Paul Eisler发明的“减成法”，依旧是PCB生产的最重要方法。从英文单词的原意来说，PCB(Printed circuit board)或PWB(Printed wire board)，都可翻译为印刷线路板。通过印刷，生产者能通过大规模生产，迅速制造出复杂的线路。和原始的线路插接相比，一次PCB的模具制造就可以生产成千上万个完全相同、几乎不会有任何错误的产品。相比之下，手工接插件无论是效率还是良品率，都差得太远了。像夹心饼干一样简单—PCB层叠式结构PCB和夹心饼的结构类似，面饼类似PCB的铜箔，在PCB的制造过程中，铜箔在腐蚀完成后和其它材料一起压合使用。饼干的夹心馅料可被认为是PCB的绝缘层——绝缘层材料一般是包裹在玻璃纤维中的树脂。绝缘层在PCB制造过程中通过高温融化、高压压制后和铜层紧紧贴合在一起，最终成为我们看到的PCB。目前的高端显卡普遍使用8层和10层PCB，图为Radeon HD 4890公版显卡，PCB为10层PCB中的“孔家军”在多层PCB的导通孔中，除了上面讲的贯通整个PCB的过孔，还有盲孔和埋孔。比如6层PCB的PCB的第一层和第六层需要连接会使用过孔，过孔贯穿整个PCB；如果第三层和第六层(表层)需要连接，则打一个盲孔，盲孔只从PCB第六层打孔到第三层，其它的层都不通；如果第二层和第四层需要连接(全部非表层)，那么只打穿二、三、四这三层，第一层和第五、第六层是不通的，这种孔叫做埋孔。像夹心饼干一样的PCB，图中所示为4层PCB的结构决定夹心饼干层数的是面饼的数量，决定PCB层数的是铜箔的层数。PCB的层数，是指PCB拥有可以独立布线的铜箔(或其它导电材料，本文仅使用最常见的铜做说明)的数量。最原始的PCB只有1层，也就是铜箔只出现在基板的一面。这种类似“意大利馅饼”的最原始的PCB走线是不能交叉的，如果遇到两条线路“抢道”的情况，除了绕行外，只有采用额外连接的绝缘线(俗称“飞线”)的方法才能完成设计，劣势非常明显。
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图示为PCB中的各种孔很快双层PCB开始出现，这种PCB在绝缘层的两端都粘贴了铜箔。但如果PCB正面的线路想利用PCB背面的铜层来导通，应该如何设计呢？其实仔细观察下烤饼的结构就可以发现，为了释放烤饼内部的压力和气体，烤饼上会被扎出许多小洞，于是导通孔开始被设计在PCB上。导通孔是PCB上一些填充或者包裹了可导电材料的小洞。这些孔可以连接多层PCB之间的铜层，让电流顺利通过。由于导通孔的存在，PCB的线路可以被设计得更加复杂，进一步拓宽了PCB的实用性。公版Radeon HD 5770虽然使用128-bit位宽，但为确保在极高频率运行下的稳定性还是使用了8层PCB如果说双层饼干只能夹一种馅料，那么三层饼干就可以夹两种，四层饼干就可以夹三种馅料，一定程度增加馅料无疑会让饼干味道更独特。PCB也是如此，在双层PCB发明后，人们就想到了3层PCB——只要在双层PCB的任意一层上再覆盖绝缘层，外端再贴上铜箔就可以了。再加一层就是4层PCB，继续往上加还能做出5层、6层等PCB结构。从目前的工业能力来说，已经能设计出100层PCB。只不过这种PCB用处不大——谁喜欢吃20层馅料的饼干？一般使用10层、12层PCB的板卡产品已经非常高端了。不过PCB和饼干也有不一样的地方，夹心饼干多为奇数层，而PCB则多为偶数层，比如4层、6层、8层等。奇数层PCB罕见是有原因的：在PCB完成粘合制造后冷却时，由于金属层和绝缘层(多为树脂材料)收缩系数不同，因此会产生不同的张力。在奇数层的PCB中，这种张力是不平衡的，会导致PCB弯曲甚至拉断线路并最终降低成品率。那么PCB层数是不是越多越好呢？一般来说，多层PCB通过合理布线，能降低干扰、提高频率，产品稳定性更强，多使用在需要高频率、高稳定性的顶级产品上，比如GeForce GTX 295显卡就使用了14层PCB来确保产品的稳定。但PCB层数也不是越高越好， PCB是整款产品物料成本支出的较大部分，6层PCB的成本接近4层PCB的两倍。面对重视性价比的用户，在确保产品稳定性的前提下适当降低PCB层数，提升产品性价比也是不错的选择。安能辨我是几层—教你识别PCB的层数目前板卡PCB多为四层和六层，八层PCB的产品的价格大多在千元以上。但在中低端显卡中，四层PCB的产品和六层PCB的产品价格区间重叠范围较大，不少玩家会倾向于选择六层PCB的产品，这时如何鉴别PCB的层数就很有意义了。下面是市场上大部分板卡的PCB使用情况。主板由于PCB面积大、芯片连接的复杂程度比较低，因此普遍使用4层PCB来制造。只有高端、面向专业超频玩家的主板可能使用6层PCB甚至8层PCB来制造。不过目前主板芯片组功能被越来越弱化，没有必要使用更多层数的PCB，因此判断主板PCB层数的意义不是很大，下文不再详细介绍。显卡的PCB面积小，走线多、PCB设计困难，因此在PCB层数方面比主板要多一些。最常见的依旧是4层PCB，中端显卡会使用6层，而高端产品则使用8层甚至更多层数。一般显存位宽为128-bit的显卡多使用4层PCB，走线分别在第一层和第四层，中间为电源层和地线层。不过一些官方超频或高频率的公版显卡(比如使用了高频的GDDR5显存)，即使使用128-bit显存位宽，也同样会使用6层甚至8层PCB以确保稳定。256-bit显存位宽的显卡由于位宽变大，需要布线的内容也更多，使用4层PCB布置比较困难，因此常使用6层PCB。但同一型号的256-bit显卡，可能会在后期的超性价比版本上，使用4层PCB。这类产品往往运行在公版频率或者更低的频率上，超频性能和电气性能表现比6层PCB的产品要差不少。显存位宽在256-bit以上的显卡，比如384-bit或者448-bit，需要使用6层甚至8层PCB。比如GeForce GTX 260+，后期的P897公版就使用了8层PCB。PCB层数辨别经验谈1.通孔法上文介绍了PCB中的几种导通孔，通过观察导通孔，也能一定程度识别出显卡是否采用了6层以上的PCB。对采用4层PCB的显卡来说，中间两层是接地层和电源层，上下两表层则是信号层。表层信号需要沟通肯定会打穿PCB使得整个孔透光(过孔)。对采用6层以上PCB的显卡来说，除去中间的接地层和电源层，上下各有两层信号层，信号层之间的信息沟通不一定需要打穿整个PCB(埋孔或盲孔)。因此，在判断PCB层数时可以查看PCB上的通孔情况。如果PCB正面的每一个孔都能在背面找到相应的孔，或这些孔都透亮，那么此PCB肯定是4层。反之，PCB正面只有一部分孔能在PCB背面找到相应的孔，那么该PCB有可能采用了6层甚至8层。这种方法判断成功率尚可，但部分PCB在设计过程中会留下一些特殊的“孔位”(并非用于打穿PCB)，因此该方法不适用于这种情况。通过观察显卡PCB的布局，也可以确定PCB的层数。但这种方法需要更多的经验，能够把握走线和基本的PCB设计。2.布局法一块显卡上最基础的部分是供电部分、显存、GPU、输出接口，这几个部分之间必须要有线路连接。由于4层PCB只有上下表面两层为信号层，因此在4层PCB的显卡上，芯片到供电、芯片到输出接口、显存到GPU等所有线路全部位于正反两面PCB。但如果显卡上有一部分线路“离奇失踪”，在表层没有找到，那可以肯定该显卡至少采用了6层PCB。这类“离奇失踪”的线路常见于GPU到输出部分的走线和显存到GPU的走线。特别是显存到GPU的走线极为密集，如果不出现在表层，则可以确定这款显卡至少采用6层PCB。另外，一些刀卡由于PCB面积狭小，只能使用6层甚至8层PCB来保证合理走线。而一些看起来很长、很有“卖相”的显卡，却由于PCB面积足够大，走线空间宽裕而使用4层PCB。总体而言，使用布局法分析显卡PCB层数也有局限，这种方法要求用户有一定的线路知识，因此布局法仅供参考之用。
在上一期我们已经为大家介绍了PCB结构基础知识、以及观察PCB层数的一些方法。在本期我们将继续为大家介绍PCB其它方面的一些相关知识。比如为什么PCB会有不同的颜色？不同颜色的PCB会影响性能吗？PCB上镀金和镀银、镀铜有什么差别？对于这些问题将为你一一揭开。花花绿绿谁高贵 PCB颜色揭秘很多DIY玩家会发现，市场中各种各样的板卡产品所使用的PCB颜色五花八门，令人眼花缭乱。比较常见的PCB颜色有黑色、绿色、蓝色、黄色、紫色、红色和棕色。一些厂商还别出心裁地开发了白色、粉色等不同色彩的PCB。在传统的印象中，黑色PCB似乎定位着高端，而红色、黄色等则是低端专用，那是不是这样呢？下面我们就为你解释这个问题。没有涂覆阻焊漆的PCB铜层暴露在空气中极易氧化从上期的介绍中，我们知道PCB正反两面都是铜层，在PCB的生产中，铜层无论是采用加成法还是减成法制造，最后都会得到光滑无保护的表面。铜的化学性质虽然不如铝、铁、镁等活泼，但在有水的条件下，纯铜和氧气接触是极易被氧化的。因为空气中存在氧气和水蒸气，所以纯铜表面在和空气接触后很快会发生氧化反应。由于PCB中铜层的厚度就很薄，因此氧化后的铜将成为电的不良导体，会极大地损害整个PCB的电气性能。为了阻止铜氧化，也为了在焊接中让PCB的焊接部分和非焊接部分分开，还为了保护PCB表层，工程师们发明了一种特殊的涂料。这种涂料能够轻松涂刷在PCB表面，形成具有一定厚度的保护层，并阻断铜和空气的接触。这层涂层就叫阻焊层，使用的材料叫做阻焊漆。既然叫漆，那肯定有不同的颜色。没错，原始的阻焊漆可以做成无色透明的，但PCB为了维修和制造方便，往往需要在上面印制细小的文字。透明阻焊漆只能露出PCB本底色，无论是制造、维修还是销售，外观都不够好看。因此工程师们在阻焊漆中加入了各种各样的颜色，最后就形成了黑色或者红色、蓝色的PCB。黑色的PCB难以看清走线，为维修带来了困难从这一点来看，PCB的颜色和PCB的质量是没有任何关系的。黑色的PCB和蓝色PCB、黄色PCB的差别在于最后刷上的阻焊漆颜色不同。如果PCB设计、制造过程完全一样，颜色不会对性能产生任何影响，也不会对散热产生任何影响。特别是黑色PCB，由于黑色将PCB表层走线几乎全部遮住，会对后期的维修造成很大困难，反而是不太方便制造和使用的一种颜色。因此近年来人们渐渐改革，放弃使用黑色阻焊漆，转而使用深棕色、深蓝色等阻焊漆，目的就是为了方便制造和维修。说到这里，大家已经基本清楚了PCB颜色的问题，颜色并不代表高档或者低档。之所以出现这种说法，是因为厂商喜爱使用黑色PCB来制造高端产品，用红色、蓝色、绿色、黄色等制造低端产品。总结一句话就是：产品赋予了颜色含义，而不是颜色赋予了产品含义。金、银、铜 PCB上用什么好？颜色说清楚了，再来说说PCB上的贵重金属吧！一些厂商在宣传自己的产品时，会特别提到自己的产品采用了沉金、镀银等特殊工艺。这种工艺又有什么用处呢？PCB表面需要焊接元件，就要求有一部分铜层暴露在外用于焊接。这些暴露在外的铜层被称为焊盘，焊盘一般都是长方形或者圆形，面积很小。在上文中，我们知道PCB中使用的铜极易被氧化，而在刷上了阻焊漆后，唯一暴露在空气中的就是焊盘上的铜了。如果焊盘上的铜被氧化了，不仅难以焊接，而且电阻率大增，严重影响最终产品性能。所以，工程师们才想出了各种各样的办法来保护焊盘。比如镀上惰性金属金，或者在表面通过化学工艺覆盖一层银，要不然干脆用一种特殊的化学薄膜覆盖铜层，阻止焊盘和空气的接触。
PCB上暴露出来的焊盘，铜层直接裸露在外。这部分需要保护，阻止它被氧化从这个角度来说，无论是金还是银，工艺本身的目的都是阻止被氧化、保护焊盘，在接下来的焊接工艺中确保良品率。不过采用不同的金属，会对生产工厂使用的PCB的存放时间和存放条件提出要求。因此PCB厂一般会在PCB生产完成交付客户使用前，利用真空塑封机器包装PCB，最大限度地确保PCB不发生氧化损害。而在最后元件上机焊接之前，板卡生产厂商还要检测一次PCB的氧化程度，剔除氧化PCB，保证良品率。最终消费者拿到的板卡，已经经过了各种检测，长时间使用后的氧化几乎只发生在插拔连接部位，对焊盘和已经焊接好的元件，则没有什么影响了。由于银和金的电阻更低，那么在采用了银和金等特殊金属后，会不会减少PCB使用时的发热量呢？我们知道，影响发热量的最大因素是电阻。电阻又和导体本身材质、导体的横截面积、长度相关。焊盘表面金属材质厚度甚至远低于0.01毫米，如果采用OST(有机保护膜)方式处理的焊盘，根本不会有多余厚度产生。如此微小的厚度(或者几乎没有厚度)所表现出来的电阻几乎等于0，甚至无法计算，当然也不会影响到发热量了。有利有弊 两倍铜是什么？两倍铜并不是突然冒出来的新技术。这项技术由于对PCB的稳定性和耐久性有帮助，早已被使用在对稳定性要求极为严格的军用设备、巨型计算机等特殊场合下。不过近来随着PC对性能和稳定性要求越来越高，它才以两倍铜的名称出现在用户面前。两倍铜技术也和PCB的结构有关。通常情况下PCB中的铜层是这样规定的：一盎司(约28.35克)重的铜，均匀分布在一平方英寸(929.0304平方厘米)的面积上，形成厚度约为0.035毫米厚的铜箔，称为一盎司铜箔。而两倍铜特点在于在同样的面积(929.0304平方厘米)上使用了两盎司重量的铜，最终可以得到厚度约0.07毫米的两盎司铜箔。两倍铜技术结构使用更厚的铜箔可以有效降低电阻，并能提升PCB承载电流的数值。比如采用一盎司铜箔设计PCB，在设计线宽为2mm的时候，最大电流通过能力只有4A，如果采用两盎司铜箔，则上升至4.3A，最大电流通过能力增加了10%左右。同理，在电流不增大的情况下，铜箔更厚，电阻更低，则能降低产品使用中的发热量，这也是两倍铜的有利因素。既然铜层增厚了，是不是两倍铜的产品PCB看起来一定比传统的一倍铜产品更厚呢？实际上并不是这样。目前两倍铜技术只在PCB的电源层和接地层采用，厚度仅仅增加0.07毫米，肉眼根本无法观察出来。此外，PCB的厚度并不仅仅只和铜箔相关，PCB中绝缘层对PCB的厚度也有很大影响。由于各类PCB绝缘层厚度存在差异，有可能出现10层PCB主板与4层PCB主板厚度完全相同的情况，所以我们无法从外观上判断一块主板是否采用了两倍铜技术。同时需要注意的是，两倍铜技术带来的也不全是优点。采用两倍铜后，PCB的铜箔会更厚一些，这就需要更厚的绝缘层材料。但此时又有新的问题产生，绝缘层的厚度和PCB的特性阻抗相关。在一定范围内，绝缘层越厚，特性阻抗越高。而更高的特性阻抗会严重影响产品在高频率下的稳定性。为了降低特性阻抗，厂商会在对频率要求较高的产品如显卡上采用极薄的绝缘层，此类极薄绝缘层遇上较厚的铜箔，会在铜箔空隙处产生沟槽导致PCB无法良好粘贴，最终报废。因此两倍铜技术在PCB中的设计和应用还只限于特定产品。目前主板上两倍铜应用已经非常成熟，这是因为主板PCB的绝缘层较厚，PCB层数较少。而显卡上两倍铜技术尚未大规模铺开，最终是否全面应用两倍铜技术还需要视技术发展和应用需求而定。本期看点1.对PCB的颜色，我们始终记住：产品赋予了颜色含义，而不是颜色赋予了产品含义。2.PCB上使用金、银、铜等材料处理焊盘，是为了保证焊接可靠和抗氧化，并不会对稳定性和发热量带来影响，更不会影响到消费者的使用。3.两倍铜技术虽然能有效降低温度、提供更高的电流，但也有一定的缺陷。
我们花了两期时间为大家介绍了PCB的相关内容。如果说PCB是主板的“身躯”，那么芯片组就是主板的“大脑”和“脊椎”。这些重要的“大脑”和“脊椎”都有哪些功能、有什么作用呢？本期就带大家进入主板芯片组的世界。说起CPU，大家都认为是整台电脑中最重要的部件；说起GPU，大家也会认为没有它不能显示绚丽的3D画面。那么说起芯片组，大家又有什么看法呢？芯片组是主板最核心的部分，它决定了主板的性能高低。以往，参照在主板上所处位置的不同，芯片组又分为北桥芯片和南桥芯片，其中，北桥芯片又占据了主导地位，那么它们各自起到什么作用？而现在，芯片组又呈现了融合的趋势，从双芯片到单芯片，从单芯片到逐渐被CPU“吞噬”，这个过程又是怎么回事呢？PC系统中的物流中心—芯片组的作用大家都知道，CPU就像系统的大脑，负责处理各种各样的数据。但这些数据是谁送过来，谁调配出入的呢？这就得找我们本期的主角—芯片组了。双芯片时期的芯片组结构示意图，看起来颇为复杂芯片组的作用是配合CPU和其它设备，根据系统给出的命令，把CPU需要的数据合理分配，该存储的存储，该读取的读取，该删除的删除。如果把电脑比喻为一个大工厂的话，CPU是生产与控制中心，内存是物料中转站，硬盘是仓库，芯片组则是物流中心。物流中心根据生产中心的需求，将大工厂内的物料按需调配，并保证这些物料在传输过程中不出问题。从这个意义上来说，物流中心的地位也是非常重要的，如果没有物流中心，生产中心肯定无法顺利得到原材料供应，也就不可能完成生产任务，至于仓库和物料中转站就更难以顺利运转了。没有芯片组这个物流中心发挥作用，整个系统肯定会处于乱糟糟的瘫痪地步。那么这个物流中心到底怎样调度数据的呢？不要着急，芯片组自有一套好办法，请继续往下看吧！条条大路通罗马—芯片组的总线说起芯片组，有一个永远绕不过去的话题，那就是总线。总线的名字看起来很奇怪，实际上理解却很简单。打比方来说，京广铁路是我国重要的铁路干线，北京到广州的绝大部分货物、客源都得走京广线。总线，就是电脑的京广铁路，CPU到北桥、北桥到南桥、显卡到北桥都需要修路，这些路就像生活中的铁路一样，将各个重要的“点”串联起来。没有京广线，北京到广州的物流客流就不通畅；没有总线，系统中各个地方的数据传输肯定无法保证。说到这里，总线的作用就呼之欲出了—总线是连接主板或安装在主板上的各个重要部件之间的“交通要道”，几乎所有的数据流都得服从总线的调配。单芯片结构示意图，整个系统看起来要简洁一些那么总线和北桥又有什么关系呢？我们先来想想，京广线这么庞大的铁路，肯定得安排一个专门的调度机构，要不然列车根本就不能正常运行—你要往北，我就偏往南，大家很快就堵在一起了。北桥内部包含了总线的调度部分，专门负责各种各样的数据传输调度。传统的架构中，CPU只能通过前端总线和北桥链接，而前端总线又负责了CPU和南桥、CPU和显卡等重要部件的通讯，在这种情况下，北桥就只好根据“先来后到、轻重缓急”来区分这些数据传输要求，着急的排在前面，不慌的排在后面。如果没有北桥内部的总线调度机构，所有的数据都得挤在一起，谁也别想落个好。早期的芯片组分工非常清楚，因此最终产品也是“分居”的—北桥和南桥各司其职。北桥负责疏通CPU、内存、显卡、南桥之间的数据，南桥负责硬盘、网络、声卡、USB等设备的数据并通过北桥传输给CPU等重要部件。南桥和北桥之间的数据沟通采用专门的总线连接。不过，随着时间发展，这种“分权合作”的方式很快又不能满足需求了，接下来，总线会发生什么样的变化呢？分权合作还是中央集权—芯片组总线的进化过程
我们说过，传统的架构中北桥拥有总线的调度权力。最典型的情况出现在Pentium 4、Core 2 Duo、Athlon XP等处理器以及与之搭配的芯片组上。这些处理器都通过前端总线和北桥相连。也就是说，前端总线是CPU统管系统、收发数据的唯一通道。这样做在早期的好处很多，比如数据设计简单、传输速度也不错，集成化的北桥也能很好的满足系统数据传输“分工明确”的需求。不过随着CPU的性能渐渐提高，前端总线的传输带宽却难以跟上CPU对数据带宽“饥渴”的需求。比如Core 2 Duo的最高主频普遍提升到了2.8GHz甚至3GHz，但前端总线频率始终难以跨越1.6GHz这个门槛。这样发展下去肯定会阻碍CPU性能的进一步提升。技术人员想了很多办法，最后决定：与其让CPU在不断的等待中浪费时间，干脆另外修一条路，直接通向内存甚至GPU。这就好比京广线不够用了，干脆再修一条京九线，不但大大缓解了京广线的压力，还能带来不少的好处。在CPU内置了内存控制器后，由于CPU读取内存数据不再需要经过北桥，步骤少了一环，需要的时间也少了不少，数据延迟大大降低。但是，这条路修起来之后，会对“物流中心”芯片组产生什么影响呢？这就是芯片组从双芯片到单芯片的转折点了。合二为一还是兼并联合—越来越“小”的芯片组CPU有了内存控制器，芯片组的作用就大大弱化了。最典型的例子就是在发布了Athlon 64处理器后，作为当时AMD平台最大芯片组提供厂商的NVIDIA，干脆将原有北桥剩下的PCI-E总线和其它设备以及南桥“打包”，做成单芯片nForce 4出售。从此开始，芯片组功能弱化、CPU集成化的趋势就越来越明显。相比AMD，新一代的英特尔Core i7/i5/i3处理器就更进一步，北桥已经和CPU“合为一体”，因此在主板上只布置了功能类似于南桥的单颗芯片，这也是P55、H55芯片组都是单芯片产品的根本原因。CPU彻底“吸纳”了内存控制器和PCI-E总线控制器等重要部件后，主板上的重要功能就基本上全部被CPU“包圆”了。从目前的发展情况看，在不远的未来，南桥所统管的磁盘、外设类的控制器很可能都会被CPU“包容并兼”，那个时候芯片组就彻底“消失”。除了BIOS、供电、I/O接口等设备所需的芯片外，主板上就只剩下大量的插槽和接口。总的来说，从早期的主板上遍布芯片，到芯片组分工协作，以及现在的单一芯片，未来的主板将很可能只剩下插接件。这符合人们追求更简约、更简单的生活的要求。本期看点1.芯片组是主板的“大脑”，在整个PC系统中起到物流中心的作用。2.北桥芯片是芯片组起主导作用的部件，负责数据传输的调度工作。南桥芯片则主要负责I/O接口的控制，I/O总线的通信，比如USB、SATA、音频、键盘等，都是交由南桥来管理和协调。3.传统架构芯片组的很多功能都整合到了CPU当中，当芯片组越来越简单的时候，主板的重要性也在逐渐降低，PC系统的结构也会更加简单。
更高阶的游戏应用催生了双卡乃至多卡互联技术尽管现在单颗GPU的运算能力已经非常强了，但对于很多极限玩家而言仍然不够用。例如在一些大型3D游戏中，我们将画面调节到甚至更高的分辨率，开启高倍抗锯齿功能之后，即便是顶级显卡也不一定能够独力承担下来。俗话讲“一个好汉两个帮”，当一个GPU顶不住的时候，还可以为它找到志同道合的伙伴来帮忙。NVIDIA的多路显卡技术叫做SLI，而AMD的多路显卡互联技术叫做CrossFire。目前二者的驱动程序最多可以支持4个GPU核心参与运算，但具体到主板端，支持NVIDIA SLI技术的主板可以使用3块显卡(3×1模式)，或者使用两块双“芯”显卡组成Quad SLI(2×2模式)，但是不能支持4×1模式；AMD的CrossFire组件方式更加灵活，可以是4×1模式，也可以是2×2模式。一般来讲双路SLI和CrossFire并不能达到，两倍于单卡的效果，而是要乘以一个系数，如1.8倍或者1.6倍；多卡互联的情况也是类似的，随着显卡数量的增加，性能的增加并不与成本的增加值成比例。并不安于现状的GPU上面我们说到，GPU除了能用作图形渲染任务之外，还有余力去做一些其它用途。套用《蜘蛛侠》里的一句话：“能力越大，责任也就越大”，GPU并不满足于现状，于是便打起了从CPU、声卡哪里分得更多“蛋糕”的主意。说起这段故事，还得追溯到NVIDIA GeForce 8800 GTX年代，那时候NVIDIA发布了一个名为“CUDA”的程序开发包。简单来讲，就是利用CUDA这个平台，让更多以前需要CPU来处理的任务，包办给GPU去运算。随着开发进程的加速，支持CUDA的应用越来越多，软件也逐渐丰富起来，其中对于PC用户来讲最主要的两个用途就是压缩文件和CUDA解码高清视频的应用。CUDA发布后，AMD方面也发布了Stream通用加速技术，究其原理与CUDA非常相似，但二者之间没有办法融会贯通。为了解决两者通用的问题，2009年初，不少IT巨头牵线组成了OpenCL通用计算联盟，共同致力于推动CPU、GPU、DSP(数码设备的专用处理器)以及其它一些专用设备的通用化进程。除此之外，GPU也在扮演一些其它的角色，例如在搭配了HDMI接口之后，GPU甚至能够对高清视频中所包含的声音信号进行处理，而这在以前是音效芯片的专利，现在GPU的用途正在进一步扩大。
好长 。。。
元器件逐个数5 从PWM看主板供电设计主板没电怎么玩？作为一台电脑的平台和基础，主板不仅仅承载了所有的配件，还为这些配件提供“动力”保证。主板的供电设计是怎么样的呢？我们常常在各种各样的宣传广告、介绍文章中看到诸如“超级24相供电设计”、“豪华5+1供电方案”等字眼。多相供电有什么好处，“+1”之类的设计又代表什么？其实这些都不难，现在就带你了解主板供电设计的方方面面。主板供电的发展之路，从一相开关供电谈起主板供电技术目前已经非常成熟，从早期的线性供电，发展到今天的开关供电，已经再难寻觅更大的突破。那这所谓的开关供电是怎么回事呢？别急，马上为你揭晓答案，我们得从最基础的一相开关供电看起。供电电路的核心—PWM芯片单独的一相开关供电(以下简称一相供电），包括了PWM芯片(也就是所说的脉冲宽度调节芯片)，电容、电感、MOSFET以及必要的导线。在供电电路工作时，PWM芯片会控制MOSFET轮流导通，并通过电感和电容组成的LC滤波电路，最终输出纯净、稳定的直流电。看似很复杂，其实很简单：在整个供电电路中，PWM芯片就是核心，它好比乐队的总指挥一样，控制着供电电路的开和关，也确定了供电电路的相数。PS：电感、电容和MOSFET的作用1.电感本是指线圈在磁场中活动时，所能感应到的电流的强度，主板上电感的当然不是这些电流，这里所说的电感其实是指利用利用电磁感应对电路产生影响的元件。 2.主板上的电容就好比水桶一样，专门存储电荷。目前主板供电部分使用的电容多是固态电容，凭借其不会爆浆的优良传统，主板的安全性也得到了提升。 3.MOSFET的全称是Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应管)，念着很饶口吧！我们不需要深究它的工作本质，只需要知道这玩意儿是整个供电部分中最热的部分，是影响供电能力比较重要的部件。相数是咋回事儿？且听俺一一道来说到这相数，也许有的朋友会犯迷糊，其实相数指的就是供电电路中有完整供电能力的“模块”个数。说到这儿，我们不妨把供电电路想象成马车，当有一条马拉着这辆车的时候，这辆马车就叫做一相供电。如果马车配有两匹马，那么就可以叫做2相供电。以此类推，目前能看到应用在主板上的单颗PWM芯片最多可控制12相供电电路。也就是说有十二匹马同时在拉这辆马车。抛开拉车的马匹，控制马匹的车夫其实就是PWM芯片，它决定了主板的相数，比如一颗能控制6相供电的PWM芯片，它可以控制六匹马为之供电。但是如果硬要再加两匹马，组成8相供电，已经超过极限的PWM芯片就无法让全部的马匹工作，只能选择其中6条发挥作用，反之如果只有4匹马来拉车，PWM芯片就能轻松搞定，不会出现心有余而力不足的情况。数电感并不靠谱，主板供电电路是这样看的在了解了主板的供电基本原理后，我们就可以实践一下，看看一款主板到底属于几相供电。在绝大部分玩家的眼中，电感的数量就代表了供电电路的数量。这样做有一定道理，但不完全正确。上文中我们总结到：PWM芯片决定了供电电路的相数。在最基本的供电电路中，电感数量和供电相数总是相同的。比如6相供电，会使用一颗控制6相PWM的芯片，外加6颗电感、12颗MOSEFT和若干电容。但实际产品却和我们的想法大相径庭。市售很多主板会在只有6相PWM芯片的供电电路中使用12颗甚至24颗电感，如果单纯数电感的话，难免判断失误。出现这种问题的主要原因还是成本和供电能力的博弈。如今的处理器在用电方面个个都“如狼似虎”，要养活这些大胃口的家伙，供电电路就需要输出更大的电流才成。传统的一相供电有一颗电感、上桥和下桥共两颗MOSFET，在全速25A电流工作时温度较高，单相供电电流难以提升。如果每相供电采用两颗上桥和两颗下桥共四颗MOSEFT、甚至两颗电感，虽然不能提升一倍的电流供给，但却能够有效降低供电元件工作温度，并提升每相供电能力，这就是通常所说的并联。
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这样看来，数电感的朋友就要多留个心眼了，如果厂商采用了电感并联的设计方法，那数出的电感数量就远远高于实际的供电相数。其实，不会看设计没关系，对于普通用户来说，你只需要查清楚PWM的型号，弄清PWM真正的供电相数就能得到你想要的答案了。揭开并联电路的红盖头，它们可不是劣质产品别被图中的12颗电感给“忽悠”了。其实这是采用并联方式的六相供电。 就像我们在图中标注的一样，每两相供电电路组成了一个并联电路。千万甭以为采用并联方式供电方案的主板就要矮人一头，现在有很多主板采用了并联电感和MOSFET的方法。假如这些产品在采用并联方式以前，最大只能提供100A左右的电流，为了增加它的供电能力，我们为每相电源多增加一颗电感和一颗MOSEFT，虽然无法成倍的提升性能，但也能为其提供多达140A甚至更多的电流，这也在很大幅度上提升了供电能力。“数电感党“注意了，这可不是6相供电，其实它只有5相供电，最上角的 电感主要用于滤波，和供电电路无关。 这里我们可以把原本容纳电流的电感和MOSFET想象成一根水管，电流通过这根水管从起点流向终点，每次从管道里能流出100A的电流。当“水”量无法填饱用电“大户”的时候，咱们就得在这根管道中再接驳一根管道来送出电流。虽然新接管道后，每根管道只能提供70A左右的电流，但由于电流都从一根管子里流出来，其实际性能已经得到了大幅提升，喂饱那些供电“大户”也就不在话下了。“+1”设计哪里来？CPU加强，供电需要与时俱进现在的主板可不单纯是6相供电，12相供电。越来越多的主板说它们的供电是“4+1相”、“6+2相”，这又是怎么回事呢？其实这还是为了保证处理器的稳定运行。如今，传统的处理器核心供电方案已经无法满足处理器地用电需求。为此，英特尔和AMD拿出了相应的对策，为了保障新产品的性能，两家公司都为处理器内部集成的特殊模块提供单独的供电。这也就是“+1”、“+2”的由来。比如，AMD要求AM3接口的主板设计必须为HT3.0总线控制器和DDR3内存控制器提供单独的供电。英特尔则要求为处理器内部集成的内存控制器、PCI-E总线控制器以及其它北桥设备提供单独供电。也就诞生了前文所说的“4+1相”、“6+2相”等供电方案。
在上期杂志中,我们介绍了板卡开关电源电路中常见的PWM芯片特点,在本期文章中我们就和大家一起来继续探讨一下与PWM芯片相辅相成的MOSFET元件的特点。现代板卡为什么会首选MOSFET做为供电元器件呢？目前主流的MOSFET有何特点呢？在本期文章中我们就和大家一起来全面了解一下这个熟悉而又陌生的元件。MOSFET是什么？在各种开关电源的开关电路中，我们都可看到MOSFET的身影。在主板中，该元器件常位于CPU插座和主板外部接口之间，在内存插槽和外部显卡插槽的旁边也有零星分布。在显卡上，显卡的核心和显存供电部位皆可见到该元器件。从元器件排列状况来看，MOSFET常以2个一组或1上2下(3个)、2上2下(4个)排列，由多组成对同类元件组成多相供电单元，与PWM芯片、电感、电容等元器件一起为CPU/GPU等部件提供稳定电压。采用D-PAK封装的MOSFET，4相供电，每相采用三个MOS管MOSFET究竟是什么呢？MOSFET的英文全称是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，中文意思为金属氧化物半导体型场效应管。如果将这个英文拆开来看，我们可以发现该元器件的基本特点—Metal=金属、Oxide=氧化物、Semiconductor=半导体、Field Effect=场效应、Transistor=晶体管，所以MOSFET就是以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管，是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种材料制成的器件。所以很多人也常将MOSFET简称为“MOS管”或“场效应管”。采用D-PAK封装的主板内存部位的MOSFETMOSFET与开关电源技术的广泛应用密切相关。众所周知，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管(如MOSFET)的开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源技术，所以MOSFET属于一种标准的(电)压控(制)元件。采用D-PAK封装的显卡显存部位的MOSFET从这种开关电源的基本工作原理就可看出，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC、2个及多个MOSFET、电容、电感等元器件构成，在工作时，由PWM芯片进行控制，电流先通过上桥MOSFET流入，利用线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，然后关闭上桥MOSFET管，打开下桥的MOSFET，线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥MOSFET，再打开上桥让电流进入，如此反复进行，轮流的开关(导通)MOSFET，以形成稳定的电压供应。这也就是“开关”电源这一名称的来历。在板卡上广泛应用的DC→DC开关电源的基本原理目前开关电源技术已被广泛地应用于各种电源中，包含常见的AC(交流)→DC(直流)，如PC电源、笔记本电脑的电源适配器、液晶显示器的供电部位；DC(直流)→DC(直流)，如常见的主板处理器供电电路、显卡供电电路、数码相机直流电路等应用形态。MOSFET也因为开关电源技术的广泛应用而倍受关注。从封装认识MOSFET相比传统的线性电路中的二极管、三极管等元器件，MOSFET是一种多路导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优良、驱动电路简单、驱动功率小、安全工作区宽、无二次击穿问题等显著优点，能为现代电子设备提供稳定的电压。SOT封装，可以看做是被小型化了的D-PAK
早期常见的MOSFET多采用D-PAK封装，它是一种简单的的表面贴片封装。共有三个脚，分别为栅极(G)、漏极(D)、源极(S)，通过PWM芯片在G、S间加控制信号便可改变D、S间的导通和截止状态。而为了更好散热，一般都将漏极(D)的引脚剪断不用，而用底部连通的漏极散热片做漏极(D)，这样可以将该元件直接焊接在PCB线路板上，利用PCB板扩大散热范围。与其类似的有SOT(Small Out-Line Transistor)封装的小功率MOSFET，其也是一种贴片型封装，但体积比D-PAK封装更小。8脚贴片式是SOP-8封装的基本特征此外，SOP及TSOP也常见于MOSFET封装。SOP(Small Out-Line，小外形封装，也被称为SO)是一种很常见的封装形式，SOP封装的应用范围很广，逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)。其常见的有SOP-8、SOP-16等不同针脚的封装形式(后面的数字为针脚数)。而在最常用的SOP-8的基础上，众多的厂商又推出了自家的相关兼容新封装技术。例如，Philps的LFPAK和QLPAK封装，意法半导体的Power SO-8封装，安森美的WDFN8封装，威世的Power-PAK和Polar-PAK封装，瑞萨的WPAK、LFPAK封装等。一款GT250显卡采用了6+2相供电，其使用的MOSFET采用了SOP-8封装。近几年，又出现了QFN(Quad Flat Non-leaded package，方形扁平无引脚封装)形式的MOSFET，QFN是一种无引脚封装，呈正方形或矩形，封装底部中央位置有一个大面积裸露的焊盘，具有导热的作用，在大焊盘的封装外围有实现电气连接的导电焊盘。由于QFN封装不像传统的SO与TSOP封装那样具有鸥翼状引线，内部引脚与焊盘之间的导电路径短，自感系数以及封装体内布线电阻很低，所以，它能提供卓越的电气性能。通常，将散热焊盘直接焊接在PCB电路板上，并且PCB中的散热孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中，从而吸收多余的热量。所以其正逐步被新一代高集成度的MOSFET做为主要封装形式。QFN封装的MOS管通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能，该焊盘具有直接散热的通道，用于释放封装内的热量。而在MOSFET自身技术的改进方面，如何通过改进内部互连技术，降低阻抗提高效能成为关键。并且，如何更好的为MOSFET散热也成为近几年发展的一个动向。早期采用增加漏极散热板与PCB线路板接触面积的方式来加强散热，而在这之后出现了将漏极(D)的散热板朝上，在上面加装散热片进行散热的封装形式，如瑞萨的LFPAK-i封装、IR的Direct FET封装。并且还出现了双面都可以散热的设计，如威世的Polar-PAK封装。这让新一代板卡的MOSFET管上因此都有一列散热片覆盖。MOSFET在目前板卡中的应用随着处理器和GPU技术的不断跃进、功耗的不断提升，这类产品对电源电路的供电需求也越来越高。目前主流的板卡已从从前的单相供电、两相供电，纷纷迈入多相供电时代，一些高端产品甚至具备两位数的供电电路(如24相)，以确保CPU的供电充足、电压稳定。通过板卡上的电感(通常为位于MOSFET旁的黑色正方体元件，也有铜线线圈状的铁氧体电感)数量及MOSFET数量(2～4个)，就可基本判定这个板卡采用了几相供电，每相供电使用了几个MOSFET。TI的DualCool NexFET功率MOSFET具备高效的“双面散热技术”可将允许通过场管的电流提高50%，可将封装顶部热阻从10～15℃/W降至.2℃/W，从而将该封装所能承受的功耗提升80%，设计人员无需增加终端设备尺寸，即可高度灵活地使用需要更高电流驱动的处理器。一款低端显卡，只配备了1相核心+1相显存的供电模式，采用的是D-PAK封装。
一款主流主板，采用了8+2相供电模式，采用的是SOP-8封装。在MOSFET发展的过程中，还出现了“MOSFET driver(MOSFET驱动芯片)”这样的外围元件，这种驱动IC可有效地与低导通电阻功率MOSFET配合使用。凭借内部引导二极管，MOSFET driver能驱动N通道高端MOSFET，减少外部元件数量。同时，它的内部先断后接电路能防止在外部MOSFET中产生击穿电流。在低输出电流的情况下，其同步启动控制插脚能断开低端或同步MOSFET，从而最大程度地提高效率。在供电电压低于额定电压时，这类新型MOSFET驱动芯片的内部欠压闭锁功能可防止MOSFET闸门驱动，从而确保仅在闸门电压足够的情况下启动输出MOSFET。其被一些中高端板卡所采用，可更好地提升板卡的性能和稳定性、超频性，值得用户在选用板卡时关注。Microchip推出的低功率MOSFET栅极驱动IC，采用SOT封装。全整合的DrMOS芯片，采用QFN封装。此外，新手需要注意MOSFET driver和PWM芯片的一些不同，不要混为一谈，虽然两者都能通过互集成来实现更低的成本。随着技术的发展，全整合的DrMOS芯片也正被中高端板卡采用。DrMOS(整合式驱动器MOSFET)是由Intel公司提出的半导体装置封装标准，它可将传统MOSFET供电中分离的两组MOS管和驱动IC(MOSFET driver)以更加先进的工艺整合在一块芯片中，能够让PC在工作时更稳定，更节能。为什么DrMOS这种整合式MOSFET驱动器能更稳定更节能呢？这是因为MOS管就像一个“开关”，闭合时允许电流通过，断开时切断电流。闭合时由于内部电阻，通过的电流会消耗在其上而形成无用功，断开时由于晶体管电极间的漏电流也会消耗而作无用功。MOS管的高温多由这两种因素产生，而DrMOS将这个“开关电路”整合在一个晶片内，使其“开关”切换时间更短，内部电阻和漏电流更低，效能也就高。本期看点1.MOSFET金属氧化物半导体型场效应管是开关电路的重要组成部分。2.在主流板卡中MOSFET主要有D-PAK、SOP-8、QFN三类常见封装形式。3.在主板和显卡的开关电路中MOSFET被广泛应用，每相供电电路常会使用2～4个MOS管，而不仅是2个。4.整合式驱动器MOSFET(DrMOS)可将传统MOSFET供电中分离的两组MOS管和驱动IC(MOSFET driver)以更加先进的工艺整合在一块芯片中。
我很小，但是很重要 方方面面看电容虽说电容是板卡上最为常见的小元件，但当你看到板卡上圆滚滚的电容时，你又真正了解多少它内部的知识呢？固态电容和液态电容说了这么多年，究竟差别在哪里？钽电容真的如传说中的那么好吗？本期我们一起来回答这些问题。电容就是电的容器要了解电容，自然先要弄明白电容的原理。可别听到原理就害怕，实际上电容本身的结构非常简单。咱们可以通过一个简单的实验来进行说明，只要你有两块金属板(比如包装巧克力的铝箔，或者香烟盒中的铝箔纸)、一节电池、一个万用表、导线若干，就可以制造出最简单的电容。首先把两片铝箔压平，然后将它们平行放置，但不要接触。接下来，用导线分别将两片铝箔与电池的正负极连通，但记住，两片铝箔平行放置，一定不要接触。连通一段时间后，撤掉电池，用万用表测量铝箔之间的电压。这时你就会发现，即使没有电池，铝箔中间依旧存在一定的电压。这说明了什么？两片靠近的导体，拥有储存电能的能力。用专业的话总结一下：这是由于电荷在电场中受力移动时，被导体之间的介质阻挡，阻碍了电流的运行，造成了电流的积累。从另一个角度来说，电容的特点很像水库。水库在河流上阻碍了水流的正常运行，因此水库就拥有了库容，形成人工湖。而在电容中，存储的就是电荷。最基本的电容结构图上述实验中导电的铝箔纸，它们在电容中作为两块导体，分别叫阳极和阴极，代表着电容的正负两极。除此之外，电容还需要绝缘体来阻止阴极和阳极接触，这个绝缘体被称作介质。实验中的介质是空气，而在实际应用中，电容的介质有很多种，陶瓷、金属氧化物都可以作为介质。介质在很大程度上决定了电容的性能和参数，也决定了大部分电容的命名方式。此外，电容有一个很重要的特性是我们需要了解的，这就是隔直通交。简单来说，电容不能通过直流电，但交流电却没问题，这是由于交流电的周期性变化导致电容不停地充放电，因此电容难以阻挡交流电的导通。而电容对电流的阻碍作用，会随着电流频率的上升而逐渐减小。换句话来说，电流的频率转换速度越快，电容就越可视为导线。电容的隔直通交特性，是电容绝大多数用途的重要依据。虽然电容的原理很简单，但本身的用途非常广泛。在主板、显卡中，电容既可用作储能，也可用作滤波、耦合、旁路、温度补偿、调谐等。我们不需要深究这些作用的来龙去脉，只需要牢牢记住：电容，是储存电荷的容器，它能隔断直流，导通交流，是板卡上最重要的元件之一。固态液态本一家，爆炸并非很可怕从电容的原理来看，它似乎并没有太多“内涵”。不过在实际使用中，根据使用环境和情况的不同，电容发展出了非常多的种类。我们先为大家介绍最常见电解电容。很多主板在供电部分使用了固态电容，在其它部分则使用液态电容，实际上它们都是铝电解电容，结构基本相同。电解电容是目前使用最广泛的产品。我们常说的液态电容、固态电容以及钽电容其实都是电解电容。电解电容是根据电容的组成来分类的。它一般使用金属箔做阳极，可以导电的电解液(或其它固态电解物质，如二氧化锰、有机半导体等)做阴极，在金属箔镀上一层薄薄的、不导电的金属氧化层做介质。这三种物质通过一定的几何形状缠绕、组合在一起，最终形成了电容。在电解电容中，目前使用最广泛的是铝电解电容。顾名思义，这种电容的阳极是铝，介质则是氧化铝。那么它的阴极是什么呢？我们先从实际产品说起。目前板卡上使用最多的电容就是俗称的液态电容和固态电容。实际上这些电容绝大部分都是铝电解电容，它们的差别就是—液态电容的阴极使用了液体状的电解液，而固态电容的阴极则使用了固体的导电高分子材料。
从电容结构来说，液态电容和固态电容基本相同。如果真要找出点什么不同的话，液态电容采用的液体并不是特别稳定，在高温下会产生膨胀甚至汽化，导致电容性能下降、甚至直接“爆炸”。虽然听起来很恐怖，但实际上电容爆浆并没有那么可怕，多数电容在爆浆时都会通过开在电容顶部(或者下部)的“十字”或“K字”减压防爆纹将内部的气体压力释放掉。从这个角度来看，“爆浆”只是液态电容在损坏时的一种表现形势而已，并没有传说中的“爆炸”那么大的威力，并且液态电容的十字防爆纹设计还能够提醒使用者及时发现“伤残”电容，是坏电容最明显的标志。因此当我们在板卡上看到鼓起来，像带了顶小帽子的电容时，就代表它已经坏了。快要损坏的液态电容顶部鼓起，这是提醒用户及时维修的明显标志。相比之下，固态电容内部没有液体，因此不存在“爆浆”的可能性，那么这是不是意味着固态电容就不会损坏呢？虽然固态电容有比液态电容更为优秀的高低温稳定性、高可靠度等特点，但是它还是会损坏的。如果你经常去维修店，也会看到“死状各异”的固态电容，比如击穿、高温烧毁等。从产品本身来说，无论是固态电容还是液态电容，只要能满足板卡的使用需求，满足电路的设计需求即可，本身过于追求固态还是液态，实际意义并不大。小黄豆不神秘，方形颗粒也常见在板卡的应用中，除了铝电解电容外，还有两类电容值得我们特别注意，那就是钽电容和陶瓷电容。我们经常在高端显卡上看到钽电容，因此它也被认识是高端产品的象征，但事实是否如此呢？显卡上的钽电容在前面我们曾提到过钽电容也是电解电容的一种，它的阳极是钽粉，阴极可以是二氧化锰，也可以是有机高分子聚合物或其它一些导电物质，介质则是五氧化二钽。说起钽电容，人们总是想到它优异的特性，比如性能出色、工作温度范围宽、单位体积电容大等等。但钽电容也有它的劣势，比如耐压值较低、价格偏贵，还有抗浪涌性能较差。因此，钽电容并不适合应用在大电流和高电压的场合，因此它往往出现在CPU附近以及供电电路的低电压部分。另外，一些二氧化锰钽电容对极性要求特别严格，如果极性接反，甚至会引发剧烈的烧毁、爆炸反应。钽电容的自修复能力说起钽电容，它还有一个特别优异的性能—自修复。从电容的原理我们可以知道，如果电容的介质出了问题，阴阳极导通了，那么电容就基本报废，甚至会对电路造成毁灭性的影响。而钽电容在工作中，一旦发现某处的氧化膜有瑕疵，出现漏电等现象，它就会自动修复氧化膜，恢复它应有的绝缘能力。这种独特的优势，正是钽电容维持长寿命和高可靠性的原因之一。由于钽电容价格高、数量少，常常又以黄色、黑色外观出现，因此被玩家昵称为“小黄豆”、“小黑豆”。那么反过来，是不是“小黄豆”、“小黑豆”就一定是钽电容呢？实际上一些铝电解电容也能封装成“小黄豆”、“小黑豆”，外观和钽电容一模一样。单凭外观是无法分辨两者差异的。因此不能只凭借“长得像”就一定说“小黄豆”、“小黑豆”是钽电容。陶瓷电容由于容值较小，因此往往需要数个在一起并联使用。除了钽电容之外，另一种被玩家所熟知的就是陶瓷电容。我们常常在CPU底座内、CPU背面以及采用数字供电的显卡供电部分看到大量陶瓷电容的身影。陶瓷电容采用高介电常数(通俗地说就是极难导电)的电容器陶瓷(常见的有一氧化钛、碳酸钡等)作为介质，并将介质制成长方形、圆盘形片状，在片状两边镀上银作为阴阳极的一种电容。陶瓷电容有特别优秀的高频性能，能工作在非常高的频率下，因此常常被用于频率较高的场合。陶瓷电容的电气性能也不错，耐高低温，性能稳定，但容量很小，常常要并联许多电容才能达到电路要求。本期看点1.电容，是储存电荷的容器，它能隔断直流，导通交流，是板卡上最重要的电器元件之一。2.常见的液态电容和固态电容绝大部分都是铝电解电容。3.钽电容性能优异，外形独特，但并不是所有外形类似的电容都是钽电容。
浅析显卡供电的方方面面在上期，我们向大家介绍了主板供电的原理、设计以及用料等内容。显卡，作为电脑中另外一个高功耗部件，在供电方面也有独特的需求。特别是顶级显卡，往往采用数字供电来满足需要。那么，显卡的供电设计又有何特点呢？目前高端显卡采用的数字供电和传统的模拟供电又有哪些不一样的地方呢？说起供电，由于在设计上已经非常成熟，因此显卡和主板的供电设计从原理到实践都基本相同。我们已经在上一期为大家介绍了主板供电特别是模拟PWM供电的内容。在本文中，类似内容将不再过多介绍，我们将重点向大家介绍显卡上使用的供电方案的特点以及数字供电的相关内容。本是同根生，技术是一体—显卡供电和主板供电供电的目的是什么？当然是为了满足CPU或者GPU等部件的工作需求。没错，无论主板还是显卡，供电部分的存在，都是为了将外部电压较高、甚至不够平稳的外接供电，通过供电部分的转化，成为最终能满足CPU和GPU电压和电流需求的，能够放心使用的纯净、稳定的电流。打个比方来说，供电部分就像自来水厂，它能够将不够干净、卫生的河水、湖水，处理成能够供千家万户安全使用的自来水。相比目前依旧需要改革、发展的自来水处理技术而言，主板和显卡的供电技术显得更为成熟。目前我们可以看到，诸如线性供电、多相模拟供电以及数字供电等供电方式都成功应用在主板、显卡上。直到今天，我们还能在一些低档显卡上看到线性供电设计，而多相模拟供电早已遍地开花，成为主流显卡的标准配备。至于部分高端显卡和顶级显卡，早已开始采用数字供电设计。目前大部分显卡依旧采用模拟供电方式，和主板模拟供电设计基本相同需要特别说明的是，显卡和主板的供电设计原理是完全相同的。比如显卡上的多相模拟供电方案，核心依旧是PWM芯片。我们上一期向大家介绍过的所有原理和考察方法在显卡上依旧适用。诸如“实际供电相数小于等于PWM芯片可控制相数”等判断方法，依旧是分析和查看显卡供电设计的重要手段。虽然主板和显卡的绝大部分供电设计原理完全相同，但由于显卡和主板本身的特性使然，因此这两种产品的供电设计还是有些许差异。比如显卡供电部分的料件往往较主板同类元件更小，一些产品为了满足诸如产品体积(追求“单槽”)、散热器搭配、外观设计等多方面的因素，经常会采用一些“小矮子”、“小体积”甚至“异形”的元件。显卡PCB面积狭小，元件布置比较紧凑另外，由于目前顶级显卡芯片的功耗越来越高，而显卡又不像主板那样可以拥有广泛的布线空间，最大供电相数肯定受到制约，因此厂商往往会采用性能更出色的料件，提高每一相供电的最大电流通过能力，或者干脆采用不同于常规的“异形”PCB，来增大PCB面积以布置更多的元件。CPU超频更容易达到高频，对供电的要求也更高。而显卡由于受到最高频率、散热、PCB板型等诸多限制，超频幅度普遍不像CPU动辄50%那样巨大，因此在供电设计上预留幅度一般不会太多。工作不平衡，效率有差距—模拟供电的问题接下来，我们一起来看看目前比较常见的模拟供电设计方案和数字供电设计方案有何不同。我们依旧用自来水厂来对供电设计做比喻。很多用户可能遇到过这样的问题：一栋住宅楼，当某户将所有的水龙头开至最大时，其他家特别是高层住户就会遇到水压力不足的问题，直接导致“来水少”，甚至完全没水。这种情况和模拟供电系统比较类似，模拟供电系统中的各相负载不一定是相同的。就像住户家的自来水一样，有些相负载高，有些相负载低，这样就影响了工作效率。
模拟PWM芯片无法侦测每相电路运行情况从长期的使用和测试来看，由于模拟PWM芯片本身工作频率不高，再加上负载不平衡、元件本身内阻等原因，供电效率只能达到70%～80%，剩余的能量都被转化为热量散发了。另外，模拟供电模块不能特别精确地控制供电的电压和电流。一般模拟供电模块给出的电压和电流都是范围值，比如GPU要求1V电压，模拟供电模块只能在0.95V～1.05V之间提供，不够精确的电压为超频以及高频率的运行带来了麻烦。优劣都明显，无需太崇拜—数字供电的优势和缺点说起数字供电(其实这个叫法并不足够准确)，无论是传统的模拟供电，还是所谓的数字供电，其本质的区别在于对电流模拟调整方式上的不同，但工作原理是完全相同的。数字供电模块所采用的数字式PWM芯片本身拥有较高的工作频率，能够对每一相供电电路进行侦测和调节。数字供电系统在采用排感等集约化元件的同时，也加重了散热负担，图为Radeon HD 4890公版显卡的供电模块，元器件比较密集。正如上文的例子，自来水厂是无法控制每户人家如何用水的，这会造成用水不均衡。我们假设自来水厂可以控制每家住户的水龙头，可以调控每家平均输出多少水量，那么就不会出现这种供水不平衡的问题。数字供电模块正是这样，它会主动去探测每相供电的工作情况，并精确控制输出的电压、电流以及每相的负载平衡。再加上数字供电工作频率更高、相应辅助用料都为高频率优化(例如放弃难以在高频率下工作的电解电容，转而使用陶瓷电容)等原因，数字供电模块在响应时间(远快于模拟供电)、控制精度(极为接近所需数值，偏移程度极小)以及供电效率(超过90%，比模拟供电高出10%～20%)上都要超出模拟供电模块。数字供电对电压、电流侦测较为精确，图为GeForce GTX 260+ P651版本的数字供电部分，并没有采用连排电感。不过数字供电模块并非无懈可击，最明显的劣势就是价格过于高昂。数字供电所采用的数字式PWM、连排电感和特殊的MOSFET的成本都比普通模拟式供电的料件高很多，因此我们往往只能在千元级别以上的显卡上才能看到数字供电。其次，数字供电由于集约化程度高，不可避免地带来了热量集聚效应，特别是排感和MOSFET的温度颇高，甚至常常突破100℃，相比模拟供电的60℃～80℃高出不少。这种问题在超频后更为严重，高发热甚至影响周边元件，反而成为进一步超频的阻碍。因此一些喜欢改装公版显卡散热器的用户一定要注意，在更换了原厂的供电、核心、显存一体化的散热设备后，一定要注意对数字供电部分特别是排感和MOSFET的散热，避免出现烧毁供电部分的问题。如何判断显卡采用数字供电还是模拟供电？正如我们在上期所说那样，PWM芯片是供电模块的灵魂，因此PWM芯片成为判断显卡采用数字供电还是模拟供电的关键依据。只要PWM芯片是数字式的，那么显卡就采用的是数字供电，周边辅助料件肯定会采用相适应的元件以发挥PWM芯片的性能。反之，PWM芯片不是数字式的，那么显卡就采用的是模拟供电设计。排感？数字式PWM？从用料识别数字供电数字供电在用料上和模拟供电有着明显的差别。比如使用了数字供电的显卡往往很少看到大量直立的电解电容，也没有一个一个小方块式的电感，MOSFET也变得更为小巧。的确，多相式连排电感、陶瓷电容以及特殊封装的MOSEFT的应用让数字供电模块变得更为精致、占地面积更少。从外观看，这成为了数字供电和模拟供电最大的不同。无论是数字供电还是模拟供电，核心依旧是PWM芯片。图为数字式供电PWM芯片但实际上，数字供电依旧是以PWM芯片为核心。周边的辅助元件仅仅是为了配合PWM芯片而存在。数字供电之所以使用类似于排感、陶瓷电容等元件，主要是由于传统的电解电容、普通电感难以在高频率下工作。也就是说，只要元件合乎数字供电的工作需求，都可以应用在数字供电上。因此电容和电感的外观并不能成为判断一款显卡是否采用数字供电的标准，最重要的还是PWM芯片。最典型的例子是GeForce GTX 260+显卡，公版P651设计就采用了数字供电，但并未使用排感等数字供电的“特色元件”。实际上排感也无太多神秘之处，从制造的角度来看，它仅仅是将多颗分离式的电感在制造过程中按照一定的统一标准整体铸造在一起，并在用料上给予优化，能够响应更高频率的运行速度，普通分离式的电感也完全可以做到这一点。本期看点1.显卡供电的基本原理和主板供电完全相同，只是在用料上可能由于PCB和板型等原因存在差异化的现象。2.数字供电其供电本质依旧是模拟供电方式，只是在控制部分和侦测部分采用了数字式，更灵敏更准确。3.数字供电的核心是数字式PWM芯片，连排电感和MOSFET可以作为参考依据，但主要依据依旧是数字式PWM芯片。
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