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超能课堂(75)：我们的主板和显卡是如何给CPU和GPU供电的？
超能课堂(75)：我们的主板和显卡是如何给CPU和GPU供电的？
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显卡与主板的供电模块的主要作用是调压、稳压以及滤波，以此让CPU或者GPU获得稳定、纯净且电压合适的电流，它们所用到的技术和原理并没有本质上的区别，仅仅是供电电压和电流有所不同。
本文约3848字，需6分钟阅读
就如电源是PC的心脏一样，主板和显卡上的供电模块也是它们各自的心脏，搭载在身上的各种芯片能否正常工作，就看它们的供电电路是否足够强悍了。因此在我们的显卡和主板评测中，它们的供电
模块会是一个很重要的评分项目。那么主板和显卡上的供电模块由什么元件组成，又是如何工作的呢？今天我们就来扒一扒那些关于板卡供电模块的二三事。典型的4相供电电路显卡与主板的供电模块的主要作用是调压、稳压以及滤波，以此让CPU或者GPU获得稳定、纯净且电压合适的电流。从它们所用到的技术和原理来说，显卡和主板的供电电路其实并没有本质上的区别，仅仅是供电电压和电流有所不同，因此我们这次就不分开讲解了。主板/显卡上的供电模块有哪些？目前主板和显卡上使用的供电模块主要有三种，一种是为三端稳压供电，这种供电模块组成简单，仅需要一个集成稳压器即可，但是它提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，主要是对DAC电路或者I/O接口进行供电。三端稳压供电芯片7805，组成简单但输出电流较低第二种则是场效应管线性稳压，这种供电模块主要由信号驱动芯片以及MosFET组成，有着反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的优点。但是场效应管线性稳压的转换效率较低而且发热量大，不利于产品功耗和温度控制，因此其多数用
在更早年之前的显存或者内存的供电电路上，而且仅限于入门级产品，中高端产品往往会使用更好的供电组成，也就是第三种供电模块——开关电源。现在主板和显卡上给CPU和GPU供电的都是开关电源供电电路开关电源是控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种供电模块，主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成，发热量相比线性稳压更低，转换效率更高，而且稳压范围大、稳压效果好，因此它成为了目前CPU与GPU的主要供电来源。由于前两种供电模式都在存在着明显的不足，因此它们在显卡和主板产品上的地位并不高，多数是作为辅助型供电或者为低功耗芯片供电而存在，这次就不再详细叙述，我们把重点放在第三种供电模块也就是开关电源供电上。开关电源供电模块由哪些元件组成？主板和显卡的开关电源供电模块主要供CPU和GPU使用，通常是由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制芯片四类元件组成。&点击查看大图电容与电感线圈电容与电感线圈在开关电源供电电路中一般是搭配使用，其中电容的作用是稳定供电电压，滤除电流中的杂波，而电感线圈则是通过储能和释能来起到稳定电流的作用。
供电电路中的电容与电感电容是最常用的也是最基本的电子元器，其在CPU和GPU的供电电路主要是用于“隔直通交”和滤波。由于电容一般是并联在供电电路中，因此电流中的交流成分会被电容导入地线中，而直流成分则继续进入负载中。同时由于电容可以通过充放电维持电路电压不变，因此其不仅可以滤除电流中的高频杂波，同时也减少电路的电压波动。而电感线圈的作用则是维持电路中的电流稳定性，当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。由于在开关电源供电电路中，电感与电容需要在短时间内进行上万次的充放电，因此它们的品质将直接影响开关电源供电电路的性能表现。目前CPU和GPU的供电电路中多使用固态电容以及封闭式电感，前者具备低阻抗、耐高纹波、温度适应性好等优点，后者则有体积小、储能高、电阻低的特性，比较适合用于低电压高电流的CPU和GPU供电电路中。
在高端产品上使用的聚合物电容值得一提的是，在部分高端产品的供电输出端我们还可以看到聚合物电容，如铝聚合物电容以及著名的“小黄豆”钽电容。由于这种聚合物电容拥有极强的高频响应能力，因此在每秒充放电上万次的开关电源供电电路中，它们常常被用于输出端的滤波电路中，可以大大提升电流的纯净度。MosFETMosFET在供电电路中的作用是电流开关，它可以在电路中实现单向导通，通过在控制极也就是栅极加上合适的电压，就可以让MosFET实现饱和导通，而MosFET的调压功能则是可以通过PWM芯片控制通断比实现。很常见的“一上二下”型MosFET布置MosFET有四项重要参数，分别是最大电流（能承受的最大电流）、最大电压（能承受的最大电压）、导通电阻（导通电阻越低电源转换效率越高）以及承受温度（所能承受的温度上限），原则上来说最大电流越大、最大电压越高、导通电阻越低、承受温度越高的MosFET品质越好。当然了完美的产品并不存在，不同MosFET会有不同优势，选择什么样的MosFET是需要从实际情况出发考虑的。在开关电源供电电路中，MosFET是分为上桥和下桥两组，运作时分别导通。而有注意MosFET布置的玩家可能会发现，多数开关电源供电电路中的上桥MosFET往往在规模上不如下桥MosFET，实际上这个与上下桥MosFET所需要承担的电流不同有关。上桥MosFET承担是的外部输入电流，一般来说是12V电压，因此在同样功率的前提下，上桥MosFET导通的时间更短，承担的电流更低，所需要的规模自然可以低一些；而下桥MosFET承担的是CPU或GPU的工作电压，一般来说仅在1V左右，因此在相同功率的环境下，其承担的电流是上桥MosFET的10倍，
导通的时间更长，所需要的规模自然更高了。而除了常见的分离式MosFET布置外，我们还会看到有整合式的MosFET，这种MosFET我们一般称之为DrMos，其上桥MosFET以及下桥MosFET均封装在同一芯片中，占用的PCB面积更小，更有利于布线。同时DrMos在转换效率以及发热量上相比传统分离式MosFET有更高的优势，因此其常见于中高端产品中。不过DrMos也不见得一定就比分离式MosFET更好，实际上由于DrMos承受温度的能力较高，因此当它的温度超过承受值并烧毁的时候，往往还会进一步烧穿PCB，致使整卡完全报废。而分离式MosFET由于承受温度的上限较低，因为过温而烧毁时，往往不会破坏PCB，反而会给产品留下了“抢救一下”的机会。当然了最佳的做法是不让MosFET有机会因为过温而烧毁，因此显卡显卡上往往也会给供电电路配置足够的散热片。另外值得一提的是，同样规格的MosFET实际上也可以有多种不同的封装方式，以适应不同的使用坏境。虽然说不同的封装模式对MosFET的散热有一些影响，从而也影响其性能表现。但是相比于内阻、耐压、电流承受能力等硬性指标，不同封装带来的影响几乎可以忽略不计，因此我们不能简单地通过封装模式来判断MosFET的好坏。PWM脉冲宽度调制芯片PWM也就是Pulse Width
Modulation，简称脉冲宽度调制，是利用数字输出的方式来对模拟电路进行控制的一种技术手段，可是对模拟信号电平实现数字编码。它依靠改变脉冲宽度来控制输出电压，并通过改变脉冲调制的周期来控制其输出频率。PWM芯片的选择与供电电路的相数息息相关，产品拥有多少相供电，PWM芯片就必须拥有对应数量的控制能力。开关电源供电电路是如何工作的？开关电源组成原理图如下所示，图中电容的作用是稳定供电电压，滤除电流中的杂波，让电流更为纯净；电感线圈则是通过储能和释能，来起到稳定电流的作用；PWM芯片则是开关电路控制模块的主要组成部分，电路输出电压的大小 与电流的大小基本上是由这个控制模块；MosFET场效应管则分为上桥和下桥两部分，电压的调整就是通过上下桥MosFET配合工作实现的。开关电源供电电路开始工作时，外部电流输入通过电感L1和电容C1进行初步的稳流、稳压和滤波，输入到后续的调压电路中。由PWM芯片组成的控制模块则发出信号导通上桥MosFET，对后续电路进行充能直至两端电压达到设定值。随后控制模块关闭上桥MosFET，导通下桥MosFET，后续电路对外释放能量，两端电压开始下降，此时控制模块关闭下桥MosFET，重新导通上桥MosFET，如此循环不断。上文中所述的“后续电路”实际上就是原理图中的L2电感与C2电容，与线性稳压电路相比，开关电源虽然有转换效率高，输出电流大的优点，但是其MosFET所输出的并不是稳定的电流，而是包含有杂波成分的脉冲电流，这样的脉冲电流是无法直接在终端设备上使用的。此时L2电感与C2电容就共同组成了一个类似于“电池”作用的储能电路，上桥MosFET导通时“电池”进行充能，而在下桥MosFET导通时“电池”进行释能，让进入终端设备的电流与两端电压维持稳定。最后一问，为什么主板和显卡要采用多相供电？以上就是常见的CPU以及GPU供电电路组成及运行原理，实际上由于CPU和GPU对供电电流有较高的要求，以RX 480显卡为例，，
即使按GPU供电占整卡供电70%计算，GPU的满载功率也达到了150W的水平，以运行电压1.1V计算，相当于136A的电流，如采用单相供电的话，那么单体承受100A以上的电感会非常巨大，而且要保证单相有足够低的纹波，感值也会很大，那样电感就更加巨大了，这显然在各个方面来看都是无法让人接受的。
没有10相以上供电的主板都不好意思说自己的高端产品因此显卡与主板上都需要采用多相供电的方式，来分摊每一路供电的负载，以维持供电电路的安全和发热量的可控性，部分中高端产品甚至引入了供电相数动态调节的技术，在负载较低是关闭部分供电电路，在CPU或GPU的负载提高时再自动打开，这样既可以满足高负载时的供电需求，也可以在低负载时起到进一步节能的作用。
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想起了2000年左右我同学配的电脑了，好几个人都配了同一个型号的主板，一年多后，无一例外地，电容全部爆浆，修主板的说太佩服这个牌子了，绝大多数的爆浆都是刚过质保期的。
已有3次举报
游客：你说的是以前A卡上的那种数字供电吧？
那种数字供电成本高。发热集中（接触面积太小）。而且那种供电一般搭配的是一体化散热器(公版散热器)。
自己改装改供电散热就很麻烦。
厂家放弃那种VOLTERRA方案和类似于VOLTERRA方案数字供电行为。其实最主要原因个人觉得还是成本。
N卡在tesla上用这种供电比较多。零售游戏卡也只有p651（GTX280,GTX260）用着.AMD零售游戏卡坚持到7990就放弃了。
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台系电容性价比高？钰邦那电容垃圾是华硕和技嘉等缩水大王的最爱，中低端清一色几乎都是钰邦5K。
高端点的才用日系的尼吉康FP系列电容，比如ROG之类的。
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索泰 设计水平。。。
超一流只有技嘉华硕。
微星 XFX的显卡还很好。
已有1次举报
确实是这样的，当到了一定程度之后，剩下的就只是看着好看了，实际意义并不大，所以现在都不会轻易就堆料了。
已有1次举报
这里有多个原因，首先是因为数字供电成本高，不适合大规模推广，其次是现在供电模式同样拥有很好的效能，这也让数字供电的地位变得很尴尬，所以也就慢慢淡出视野了
已有1次举报
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appleache&教授&：电流量不一样，7700k这些功耗比显卡小的多，你要是用上intel22核啥的那你也有机会体验主板啸叫了
22:58 已有1次举报
不用22核心，8核心的e5就把外星人的X79玩出啸叫了
已有1次举报
游客：你可真说错了，我见过的大多数教授才是为了自己的论文和课题，根本不好好上课，本科教育阶段基本全是照本宣科，没有讲解，我他·妈高数还是问同学才会的，老师就是把书上的写到黑板上面一遍，学生还没问，就跑了。比高中老师那种仔细讲，让学生弄懂，实在是差太多了。大学老师，特别是讲师之类，照样也是为了饭碗和论文，才不会管学生到底会了没有，责任心还不如幼儿园老师。就这还是211呢，操·他··妈··的。
22:41 已有1次举报
我记得我大学的高数老师上完课还留着问答时间，可惜大部分人不会去问，我也是。。。
已有1次举报
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帮我看看我的主板能接什么显卡
还有显卡能买深入那么样的
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是联想的品牌机阿。显卡插槽是agp 8x的，可以到2手市场看看元左右的，6600gt 200元左右的，更高的你的品牌机的电源就带不动了，如果这2个都带不动，用显卡上的外接供电接口，从电源独立供电来解决供电不足的问题。
房天下知识为您分享了一条干货
理论上所有的 AGP8X接口的显卡都可以用,只是实用价值的大小以及你的电脑所用电源的大小限制而已.推荐6600或者5200的显卡~`够用就好,现在买贵货都是被骗~~
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怎么判断主板和独立显卡配置的高低
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显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽，也就是瞬间所能传输的最大数据量。显卡发展至今共出现ISA、PCI、AGP、PCI Express等几种接口，所能提供的数据带宽依次增加。目前主流台式电脑可以使用的显卡接口包括PCI、AGP、PCI Express三种，而ISA接口显卡已经被完全淘汰，现在用的显卡几乎全部是基于PCI-E的，该接口也已经发展多代了。
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关注: 3 人什么样的主板才是好主板？浅谈主机板的选购什么样的主板才是好主板？浅谈主机板的选购科技小咖百家号文/有脑E族主板作为主机上连接各种配件的平台其重要性不言而喻，它是显卡的垫脚石，是硬盘的货物（数据）转运中心，是大脑（CPU）的动力心脏同时也是CPU的载体。各种各样的硬件全部都集中在这个小小的平台上，构成了我们天天使用的电脑。而一旦这个平台构建得不够稳定那么其它的配件也就很容易出问题，例如供电如果不足，那么大脑，也就是CPU工作也就不再稳定；如果散热不够完善，那么南北桥就会异常发热导致死机重启；如果存储芯片或接口使用了劣质元件会导致硬盘读写速度下降；如果扩展接口不足就会导致无法升级添加需要的硬件。面对现在市面上牌子和型号众多的主板，那么我们在选购的时候该如何选择呢？下面小E就和大家来讨论讨论。一，看供电能力现在主机板的供电设计有2相，4相，4+2相，4+4相，6+1相，6+2相等等。而这个“相”究竟是什么意思？其实标准的一相供电由一个电感（能够把电能转化为磁能而存储起来的元件），一个电容和一对MOS管组成，它们的作用是为处理器，南北桥，内存提供更加纯净稳定的直流供电。而那个6+1，6+2相又是什么意思呢？这个6相是专门为CPU供电的，而+1和+2有两种输电方式：为内存控制器和单独的内建GPU（核显）供电。由此可见，主板上面的供电相数是越多供电也就越扎实，能输出的电流也就越大，能安装的CPU型号也就越多（能稳定给某些设计TDP更高的CPU供电）。二，看用料主板上面的电子元件密密麻麻，很多人一看都会觉得头晕。每个电子原件都担负着不同的任务，如电容应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。电阻是限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。电感能够把电能转化为磁能而存储起来。当然这些原件的具体作用我们无须知道太多，只需知道哪些好就行了。现在主板上面的电容基本都是固态电容了，高端主板甚至用贴片电容代替，传统的电解电容几近绝迹。固态电容的优点是抗压性能耐热性能更好，寿命更长而且绝不会像传统电解电容那样用个一年半载就会“爆浆”。如果你新近买了一片主板还是电解电容，那么恭喜你，不是翻新板就是老旧型号的淘汰的产品。但是需要注意一点的是，主板的音频电路还是采用电解电容的，电解电容的优点是电气性能还有滤波能力比固态电容略好容量也更为容易做得更大，采用电解电容能令声音更为柔和，而且音频电路发热量很低，无须用到固态电容。最主要的原因还是因为电解电容便宜。采用电解电容的主板采用固态电容的主板随着工艺和制造技术的进化，除了固态电容代替电解电容外，电感也是改变最大的元件。以前的主板都是铁芯线圈、铜芯线圈的电感，现在基本全部改为全封闭式铁素体电感，优点是是在高频工作时拥有非常出色的磁导率，因此被用作主板和显卡供电部分，以适应供电部分电路高频工作的需求。为什么要将裸露的线圈电感改为全封闭式铁素体电感呢？单纯是为了好看吗？并不完全是，改为全封闭式铁素体电感可利用铁素体材料约束电感线圈的磁场，在增强本身性能的同时降低电感线圈对其它元件的干扰。所以，现在购买主板要多注意这个小家伙了哦。另外还要看PCB电路板的层数，高端的主板一般会有10层或以上，次一级8层，平均是6层，杂牌四五线品牌4层，在主板正面或者反面的四个角上会有标注层数的，层数越多，信号干扰越少；要注意看主板元件空焊的情况，注意看主板上面，你一定会发现有些位置是空的，比如贴片电容和功能芯片的位置，空焊的越少越好，空焊少意味着PCB设计合理。图为线圈电感图为全封闭式铁素体电感三，看做工一线大厂商因为有着技术超前的研发队伍和完善的品控体系，所以他们的主板设计一向都是很令人放心的。一块好主板不但PCB电路设计极为合理，也会考虑到人机工效，尽量减少电气串扰，安装方便性等等。电源插口，内存插槽，PCIE扩展插槽等等这些都会在它该在的位置绝不会偏移半分。电子元件的排列也是很令人赏心悦目不会歪歪斜斜的，每个和金手指连接的地方都不会氧化；每个元件都是闪闪发亮，拿着它，你能感觉就是拿起了整个世界。称之为艺术品也不为过。下足你的眼力，仔细察看供电部分，电容电感数量以及分部是否合理，排列是否整齐。散热片面积是否足够大；PCB板的硬度够不够，是否容易变形，PCB正面和背面是否有过焊锡留下的残渣和水纹一样的痕迹。品控严格的主板在出厂会有严格的耐压测试和抗老化测试并配备了过载保护电路，而这一项只能信赖大牌子了，毕竟测试这东西是看不出来的。高端主板的供电电感和南北桥都覆盖有厚厚的散热装甲散热装甲保证了电子元件的散热性能良好连背面PCB板也有装甲设计，保证PCB不会轻易变形四，看扩展性能原则上来说主板的扩展槽是越多越好，各类接口也是越丰富越好。更多的扩展槽能保证在升级添加硬件的时候不至于挠头，现在的主板扩展槽包括PCI槽，PCI-E槽，PCI-E 1X插槽，还有现在开始流行的M2 SSD固态硬盘接口槽等等。PCI扩展槽可以用来安装独立声卡，独立网卡。PCI-E是独立显卡槽位，需要用到独立显卡的话这个插槽是必须的。而PCI-E 1X则是可以接PCI-E X1标准的独立声卡。如果你有需要接这些设备的考虑，那么购买显卡的时候也得把扩展槽这个因素考虑进去，否则以后想加个独立声卡都得换板那可就杯具了。扩展插槽主板接口有显示类的VGA,DVI,HDMI, DisplayPort也就是俗称的DP接口。VGA是主板最早期的显示接口，传输模拟信号，现在虽然还保留着但其传输带宽已日益满足不了需求。DVI分为DVI-A（12+5）和DVI-D（24+1），DVI-I（24+5）三种，DVI-D只有数字接口，DVI-I有数字和模拟接口，目前应用主要以DVI-I(24+5)为主。HDMI是现在最为流行的视频输出接口，优点是传输带宽大，一根线能同时传输视频信号和音频信号。而DisplayPort是最新的视频输出接口，从性能上讲，DisplayPort 1.1最大支持10.8Gb/S的传输带宽，HDMI 1.3标准能支持10.2G/s的带宽；另外，DisplayPort可支持WQXGA+()QXGA()等分辨率及30/36bit(每原色10/12bit)的色深，分辨率的色彩支持到了120/24Bit，超高的带宽和分辨率完全足以适应显示设备的发展。而到了2014年9月，DP1.3版本到来，总带宽提升到了32.4Gbps(4.05GB/s)，四条通道各自分配8.1Gbps，相比于此前的DP 1.2/1.2a增大了50%，同时是1.1版标准的三倍。端的是厉害。音频类接口有光纤接口，同轴接口，和最常见的3.5音频接口，而HDMI接口和DP接口也可以同时看作是音频接口，除了3.5音频接口，其它几种都支持数字信号输出。其它的接口包括USB3.1,USB3.0,网卡等等，接口是越丰富越好。各种接口五，质保/售后服务要看一块主板好不好，除了上面说的，还有一个需要考虑的因素就是售后服务。因为只要是电子产品，那就一定会有几率出现问题，到了这个时候就得拼售后服务了。这一项当然又是一线大厂走在前列，毕竟大厂商财大气粗嘛。而现在据小E所知（本身小E的职业就是售后/技术方面的），ASUS是提供一年注册换新（串货除外，什么是串货？关注我吧，改天专门发文解释），三年免费保修服务。而按小E的经验，如果主板有二次返修的话也是直接更换良品的。而GIGABYTE应对ASUS也是蛮拼的，提供注册一年换新四年免费质保服务。从另一个角度来讲，正是这些厂商对自己的产品质量有着充足的信心才敢推出这样的服务，所以，小E还是建议大家尽量选择大牌厂商的产品。本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。科技小咖百家号最近更新：简介:最受关注的数码消息第一时间发布作者最新文章相关文章