Che cos'è un VRM su una scheda madre e perché è importante?

Per la maggior parte degli appassionati di PC, la scelta della scheda madre giusta comporta considerazioni chiave come fattore di forma, compatibilità della CPU, configurazione della memoria, opzioni di connettività e margine di overclocking. Tuttavia, uno dei principali componenti della scheda madre che spesso passa inosservato, anche in una scheda tecnica, è il suo VRM (modulo regolatore di tensione): un circuito elettronico responsabile di garantire l'integrità complessiva di un sistema stabilità.

Per valutare l'importanza di questo regolatore di commutazione sottovalutato, approfondiamo il funzionamento di un VRM, il componenti ad esso associati, come distinguere tra un VRM di alta qualità e di scarsa progettazione, nonché il suo impatto sulla CPU prestazione.

Come funziona un VRM?

Fondamentalmente, il modulo regolatore di tensione sulla scheda madre (noto anche come modulo di alimentazione del processore) è un buck specializzato convertitore (da CC a CC) che regola e converte le tensioni per allinearle ai requisiti specifici di CPU, memoria e altri componenti. Pensa ai VRM come a mini alimentatori, simili all'unità principale, che preleva 120 o 240 V CA dalla presa elettrica e la riduce a una tensione CC molto più bassa (12 V/5 V/3,3 V).

A questo proposito, i VRM della scheda madre eseguono la stessa operazione dell'alimentatore, ma a un livello secondario. Il loro obiettivo principale è convertire i 12 V in ingresso dai connettori EPS a 8/4 pin in una tensione operativa adeguata per le moderne CPU (tipicamente nell'intervallo 1,1-1,5 V).

Inoltre, i VRM sono fondamentali nella trasmissione di una tensione pulita e costante a ogni componente assetato di energia nel tuo PC, riducendo la probabilità di sovratensioni assurde o VDroops. Grazie alle loro capacità di conversione costante, i circuiti di regolazione della tensione consentono anche a più generazioni di CPU (con tensione di core dinamica) di funzionare in modo ottimale su un compatibile scheda madre.

Componenti di un VRM

Mentre molti di noi considerano il VRM un'unità indipendente e autonoma, l'acronimo rappresenta una raccolta di componenti elettronici distinti che circondano il socket della CPU (LGA o PGA) e slot DIMM sulla nostra scheda madre. Per chi non lo sapesse, i circuiti di regolazione della tensione incorporano una combinazione di interruttori MOSFET che funzionano in tandem con condensatori, induttanze e controller PWM per facilitare la messa in fase dell'alimentazione processi.

Ecco una panoramica completa di tutti i componenti essenziali che costituiscono i VRM della scheda madre.

1. MOSFET

I MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) agiscono come gate isolati che amplificano o attenuano i segnali elettronici all'interno di un circuito di regolazione della tensione. In termini più semplici, questi semiconduttori controllano il flusso di corrente alla CPU in base ai segnali e ai valori ricevuti dal chip controller PWM.

Un VRM monofase impiega due interruttori MOSFET (low-side e high-side) per assistere nella modulazione della tensione di uscita media di un circuito commutando in modo intermittente una tensione di ingresso. Poiché il meccanismo di commutazione si verifica centinaia di volte al secondo, i MOSFET tendono a generarne una grande quantità di calore, con temperature che possono potenzialmente superare i 150°C sotto carichi pesanti o senza un adeguato raffreddamento.

Di conseguenza, questi semiconduttori sono spesso dotati di dissipatori di calore passivi, ventole miniaturizzate o waterblock per mitigare i problemi di surriscaldamento e migliorare l'efficienza operativa.

2. Strozzature

Le bobine d'arresto sono induttori di forma cubica che trasformano i segnali CA ad alta frequenza in frequenze più basse o correnti continue all'interno di un circuito di regolazione della tensione. Caratterizzato da un nucleo magnetico a forma di ciambella con una bobina isolata avvolta attorno ad esso, questo dispositivo elettronico serve un doppio scopo: immagazzinamento, filtraggio e raffinamento della potenza e capacità di regolare l'erogazione di potenza in scenari estremi come l'overclocking o sovratensione.

Inoltre, va notato che ogni choke corrisponde a una fase di alimentazione sulla scheda madre. Maggiore è il numero di fasi, più stabile sarà la trasmissione della tensione alla CPU.

3. Condensatori

A differenza delle bobine d'arresto, i condensatori immagazzinano energia all'interno di un campo elettrico e scaricano rapidamente la corrente accumulata nei circuiti collegati quando necessario. Lo scopo principale di questi componenti cilindrici è prevenire improvvisi picchi di tensione e ridurre al minimo le increspature in un circuito di regolazione della tensione.

Nel contesto dei VRM della scheda madre e delle fasi corrispondenti, i condensatori funzionano come temporanei unità di accumulo, accumulano la corrente elettrica ricevuta dalle strozzature e forniscono la potenza necessaria al tuo PROCESSORE. Qualsiasi carica in eccesso da questi dispositivi viene assorbita o rilasciata attraverso la massa del circuito.

4. Controllori PWM

I controller PWM (pulse width modulation) o i driver IC (circuiti integrati) generano impulsi PWM, che vengono successivamente incanalati nei componenti analogici principali di un circuito di regolazione della tensione: MOSFET e strozzature. Oltre al monitoraggio, questi controller multifase regolano dinamicamente l'erogazione di potenza alla CPU, consentendole di mantenere la massima efficienza durante i carichi di lavoro intensivi.

In sostanza, il controller PWM acquisisce la tensione di riferimento della CPU (nota anche come VRef all'interno del BIOS) e la misura con la tensione prevalente dal VRM della scheda madre. Eventuali differenze tra il VRef e la tensione effettiva inducono questo dispositivo a ricalibrare i segnali, modulando istantaneamente la tensione di uscita.

I componenti principali di un VRM sono inoltre integrati da diodi e resistori, che proteggono dalla corrente elettrica che fluisce in questi dispositivi dal superamento di soglie specificate.

VRM multifase su una scheda madre

Le moderne CPU e GPU richiedono un robusto sistema di erogazione dell'energia, che vada oltre le mere capacità di un VRM monofase. Per ottenere una procedura di trasmissione relativamente stabile ed efficiente, i produttori di schede madri incorporano quasi sempre più convertitori buck in parallelo, creando una soluzione VRM multifase.

Per cominciare, la disposizione sfalsata di una configurazione VRM multifase divide il carico in stadi di potenza separati, distribuendolo su un'area fisica più ampia. Questo sofisticato approccio di gestione dell'alimentazione fornisce alla CPU una tensione operativa pulita e regolata con precisione e riduce la generazione di calore e lo stress all'interno dei componenti principali.

Quando acquisti una scheda madre nuova di zecca, probabilmente incontrerai la terminologia di progettazione dell'alimentazione di fase nel suo materiale di marketing, che indica l'allocazione delle fasi al PCB (circuito stampato). Questa specifica è spesso pubblicizzata dai produttori in un formato "A+B" (8+2) o "X+Y+Z" (16+2+2), il valore iniziale che precede il segno "+" indica il numero di fasi dedicate alla CPU, mentre la combinazione che segue il segno più riguarda altri componenti critici su a scheda madre. (RAM, chipset, iGPU, ecc.).

Tuttavia, nei casi in cui il numero effettivo di fasi riservate alla CPU supera otto, come visto in designazioni come "18+2" o anche superiori, i produttori di schede madri tendono a includere un dispositivo ingannevole chiamato a duplicatore. In poche parole, i duplicatori VRM consentono ai produttori di suddividere i segnali di controllo per una fase, raddoppiando di fatto il numero di fasi dal punto di vista del controllo. Tuttavia, i vantaggi potrebbero non essere così significativi come le vere fasi aggiuntive.

Inoltre, l'inclusione di duplicatori all'interno di una configurazione VRM "vera" a 8 fasi produce miglioramenti significativi al processo di power phasing a un costo di produzione inferiore.

Come distinguere tra una configurazione VRM di alta qualità e una progettazione scadente?

Diversi fattori entrano in gioco quando si valutano le schede madri in base alla qualità delle loro configurazioni VRM. Anche se non hai intenzione di overcloccare la tua CPU, una soluzione VRM mal progettata può rovinare la potenza meccanismo di consegna con un margine considerevole, portando a instabilità del sistema, arresti anomali, BSOD e altri evidenti problemi.

Ecco come distinguere tra una configurazione VRM di alto livello e una che non soddisfa le aspettative.

• Progettazione della potenza di fase: Uno dei metodi più semplici per determinare la qualità di una configurazione VRM consiste nell'ispezionare fisicamente il numero totale di induttanze visibili sulla scheda madre. Per un chipset entry-level come l'AMD A620, dovresti essere in grado di individuare un massimo di quattro o sei fasi di alimentazione nascoste sotto un dissipatore di calore. Al contrario, una scheda madre di fascia media o alta sfrutta un numero di fasi molto più elevato per gestire componenti assetati di energia.
• Condensatori resistenti alle perdite: I VRM di alta qualità utilizzano condensatori a stato solido, spesso commercializzati come "condensatori giapponesi", "condensatori scuri" o "Hi-C condensatori." Rispetto alle loro controparti elettrolitiche, i condensatori solidi hanno un tasso di tolleranza molto più elevato e sono meno inclini a invecchiamento.
• Strozzatori in lega premium: Consigliamo di investire in una scheda madre che utilizza SFC (Super Ferrite Chokes) o Premium Alloy Choke poiché consumano meno energia, resistono alla corrosione e generano minori interferenze elettromagnetiche.

Ovviamente ispezionare una scheda madre prima dell'acquisto non è facile. Tuttavia, puoi sempre dare una buona occhiata quando arriva, quindi rispedirlo se non è all'altezza.

VRM per scheda madre: l'eroe sconosciuto dell'informatica moderna

Fondamentalmente, il concetto di VRM può essere piuttosto intricato in quanto coinvolge una pletora di gergo tecnico (MOSFET, induttanze, condensatori, controller PWM, ecc.) che potrebbero non essere familiari al PC medio appassionato. Nonostante tali complessità, i VRM della scheda madre fungono da spina dorsale per un'efficiente trasmissione della tensione alla CPU e ad altri componenti essenziali del PC.