多即是好？CPU多相供电解析

sunweipeng

前言
　　对于主板来说，哪个因素最能影响CPU超频成绩？相信我们随意找一个硬件玩家，他十有八九都会回答：供电！没错，主板供电是CPU稳定运转的基础，更是超频CPU的基础，毕竟能量总是守恒的。没有好的供电，无论CPU体制再好，无论BIOS与散热做得再好，那也是巧妇难为无米之炊。


　　尽管CPU供电是重中之重，然而不得不承认隔行如隔山，再加上人们的时间精力总是有限的，有相当多的用户们并不了解它究竟是怎么回事。所有人都在喊着多相供电好，然而究竟好在哪？真的是越多越好么？在下近日闲暇，更兼手头拮据，特作此文混点稿费，以为泡MM之资^^。在本文中，在下将集合华硕和技嘉的顶级主板供电，对CPU多相供电进行解析，相信能令各位对CPU多相供电有更深的认识。

单相供电


　　一生二，二生三，三生万物。若想了解多相供电，则首先需要弄清楚单相供电。典型的单相开关供电电路通常由PWM芯片、电感（L）、电容（C）、一对场效应管（MOSFET）以及控制MOSFET开关的驱动芯片（Driver IC）组成。不少朋友仅仅热衷于看看电容是否固态，电感是否封闭，而事实上我们需要了解的东西还有很多。

　　整个电路的工作流程大致如此：PWM芯片发出一组电波信号，驱动芯片收到信号后将其发送给上桥MOSFET，同时将反转信号发送给下桥MOSFET。首先电流通过上桥MOSFET流入，利用电感和电容的储能能力，将电能集聚在电感中；然后关闭上桥MOSFET，打开下桥的MOSFET，电感和电容开始释放能量，持续给用电器供电；最后又关闭下桥MOSFET，再打开上桥让电流进入，如此循环。这也是开关供电的名称由来。电容器和电感还同时承担滤波职责。此外，还会有一个传感器向PWM芯片回馈信息，在通过比较器进行对比，以即时调整PWM的信号脉宽，从而调整上下桥MOSFET各自的开关时间，从而稳定电压，调整电流，适应不同的功率负载需求。



　　这个工作过程类似于上图中所示，先开启小水管让水流入水池存储起来，然后打开大水管进行使用。这样的方式可以更好的适应用电器功率的变化，提高电能转换效率。

　　基于单相供电的基本原理，我们可以得出如下结论：MOSFET的电流承载能力越高越好，电感和电容的滤波、储能能力越高越好，所有元件的内阻越低越好。

多相供电
　　基于等价交换原则，随着我们的CPU运算能力越来越强，其所需要的电能也越来越多，供电电路就要承担越来越大的电流量。慢慢的，我们的电子元件已经难以承受那数十安培甚至更多的电流，此时多相供电就成为了必要。


　　多个单相供电回路并在一起，就组成了多相供电。多相与多路的概念是不同的。相，即相位，PWM信号波的相位。多相供电并非是将元件单纯的并联起来，而是在并联的基础上，还将其工作时间交错开来。上图中为4相PWM输出信号的状况。我们可以看到每一相的方波信号都是交错开来的，换句话说没有任何两相会同时工作。


　　于是就出现上面图中的情形，每相供电轮流输入能量以供CPU使用。这样每相的元件在保证总功率足够的情况下，还拥有了一定的“休息”时间。换句话说就是多个人共同完成一份工作，各自的负担自然就轻多了。然而会有朋友提出，如果不使用多相供电，而只是并联多路不也一样的效果么？确实，单就供电量来说，一个大水管和三个小水管是一样的，但多相还有另外一个优点。


　　由于PWM信号存在相位差，也使得每相供电的最终电压输出波形也存在着类似的相位差，这就使得最终的输出波形得以受益（如上图所示），获得更平滑的波形。从这个角度来讲，供电相数越多则通常越好，但只限同PWM频率下对比。不过这并不是绝对的，因为最终还有滤波环节，最终波形并不仅仅由此决定。

　　综上所述，我们并不能说8相一定比6相好，或者3相一定比4相差。衡量其优劣的有两个，一个是供电能力、一个是输出波形的平滑度。可以说在单相供电能力相同、PWM频率相同的情况下，供电相数越多越好；在最终波形相似的情况下，总供电能力越高越好。不过，在相同品牌的产品中，我们基本可以认为供电相数越多越好。


　　那么，我们要如何判断一款主板究竟是几相供电呢？通常所讲的简单方法是数电感数量，因为绝大多数主板每相均只有一个电感。也有说法比较准确的方式是看MOSFET驱动芯片的数量，无论每相多少个MOSFET或者多少个电感、电容，驱动芯片的数量是一定的。事实上，根据上面所讲的供电原理，我们可以知道，最标准的相数应该来自于PWM芯片提供多少相PWM信号。不过就实际效果来讲，其实还有更多的细节，甚至说太强的供电反而在实际中可能并非最佳，各位接着往下看。

技嘉虚拟12相供电


　　“虚拟12相供电”是技嘉高端主板产品一直采用的设计方案，12个整齐排列的铁素体电感相当豪华。不过此设计也受到了诸多质疑，认为其并非真12相供电。那么，真相究竟是如何呢？

　　以在下的观点，它不是12相供电，同时又是12相供电。说它不是12相供电，是由于技嘉所用的Intersil ISL6327 PWM芯片是一款标准的6相供电芯片；说它是12相供电，则是因为技嘉此设计确实基本达到了12相的供电效果。

　　此12相供电是搭配双倍的MOSFET和电感获得。简单说就是一个驱动芯片带动两对 MOSFET，因此每相邻两相都会同时工作，只会发生6组交替，而不是12组。元件的数量加倍完美分担了负载，也提供了媲美12相的供电能力。但输出波形的平滑度自然仍旧是6相供电水平。不过据说采用此设计的技嘉主板，其PWM频率亦比其6相主板高一倍，这令6相的输出波形平滑度亦基本接近12相。果然如此，那从实际使用的意义上来讲，我们可以认为它等效于真实的12相供电。


　　供电相数众多固然是好事，这在高负载的情况下有着较好的电源效率。然而在低负载的情况下，却又是供电相数少则效率更高。同时，在这之中还有各种不同程度的负载变化，这就使得固定的供电相数设计会浪费不少能源。有一点必须注意，这个高负载和低负载是一个绝对功率数值，而不是指某一款CPU的满载或闲置。换句话说，一款低功耗的CPU即使满载，在供电能力过强的主板上依然可算为低负载，负载高低要以总供电能力和CPU的功耗相比较得出，有时候主板供电能力太强反而不美。

　　这就造成了一个问题，那就是CPU的功耗种类繁多，每款型号的CPU功耗均不相同。若主板供电设计太弱，则遇到高功耗的CPU就很难拥有好的电源效率；反之，若主板供电设计太强，CPU功耗并没有那么夸张时，电源效率也会较差。可以举个例子，每相供电大约提供30A电流，而事实上效率最高的状态通常是在15-20A之间，高于或低于这个区间，电源效率都会下降。基于这些原因，Intel VRM11.1标准特加入了动态相数变换的能力。

　　技嘉在其主板产品Intersil ISL6327（6相）和Intersil ISL6334（4相） PWM芯片支持VRM11.1供电标准，可以根据负载而动态调整相数，这也是技嘉DES节能引擎的基础。这些PWM芯片可以在1-6相或1-4相之间自动切换（虚拟12相即每2相一档），由于档位较多，加上是基于硬件的自动变换，通常可以适应各种情形，保持较高的电源效率。

华硕16相供电


　　华硕在P45高端主板上采用了惊人的“16相供电”，16个电感器同时出现在CPU供电部分。华硕表示其所采用的是真正的16相供电，然而据在下所知目前根本没有哪个厂家生产多达16相的PWM芯片，那么华硕16相供电的真相又是如何呢？


　　在华硕P5Q3-Deluxe主板上我们可以看到16个驱动芯片、16对MOSFET 、16个电感，从硬件规格上我们可以肯定它提供了等效于16相的供电能力。然而16组PWM信号从何而来呢？事实上华硕沿用了一贯的的设计方式。华硕的8相主板其实是由一个4相PWM芯片和一个4路单刀双掷开关芯片组成的，单刀双掷开关将4组PWM信号分割成8组（如上图所示）。那么华硕的16相供电即为将4相PWM信号分割成16组而成（可由EPU节能技术看出）。

　　在这种使用单刀双掷开关的设计中，PWM信号频率同样是决定因素。如果PWM频率不变，那此种设计方式就和直接并联元件毫无差别。相信华硕是采用了较高频率的PWM设定，以获得较接近真实16相供电的效果。基本上我们应该可以认为华硕此设计可以等效于真实的16相供电。由于华硕将主板上的PWM芯片和单刀双掷芯片都冠以了自家技术的名称（EPU和PEM），因此在下暂时无法确认其所用的具体型号，猜测PWM芯片应为华硕之前常用的ADP3198或者ADP3228。


　　正如技嘉的DES节能引擎以其选用的PWM芯片为基础一样，华硕的EPU节能技术亦是基于其主板供电设计。但是华硕所用的PWM芯片并不支持VRM11.1规范，采用16相供电的华硕P5Q3-Deluxe主板可以通过EPU节能技术在16相和4相之间进行切换，这主要是通过关闭单刀双掷芯片获得，也证明了该主板是以4相PWM芯片为基础。由于只能在16相和4相这两档之间进行切换，因此适应功耗变化的能力就弱很多。节能技术来说，在下还是更推崇技嘉的DES技术，DES的实现方式也确实更高级一些。

　　尽管说华硕和技嘉两家的多相供电方式不同，不过应该说都是殊途同归，都能提供等效真实供电相数的效果。但正如在下之前所说，由于元件的规格不同，我们并不能直接从供电相数上做出两者孰优孰劣的判断。不过在下个人认为，当供电能力达到一定程度之后，再去堆垒更多的供电相数意义就不是很大了，往往只能是浪费能源，或者作为旗舰的元素撑撑脸面。所以个人建议一般用户也没必要去追捧太过分的供电设计，那并不实际。超频CPU是受综合因素影响的，哪家主板更优秀可能还是要以人们的超频成绩来确定。

数字供电
　　尽管技嘉与华硕有着不同的多相解决方案，不过它们还都属于传统的PWM供电方式。近些年一些主板产品采用了数字供电方式，这种方式至今仍令很多人云里雾里。我们必须摆正心态，多数情况下，人们一听数字XX就会觉得要高出一大块，这个数字供电自然也有其优势，但并没有人们心目中所想的那样夸张。






　　所谓的传统PWM供电其实也早包含了不少的数字化成分，而人们所说的“数字供电”则数字化程度更高一些。这种PWM芯片本身含较多电流/电压侦测与数字化控制的模组。它并不会采用一般的MOSFET，而是使用一种整合了驱动芯片和大电流控制元件的IC当作电源的转换（和微星所用的DrMOS不同），通过MASTER PWM控制IC来做到精确的电源控制。这种设计的转换效率非常的好，而且开关频率大幅度提升，因此并不需要大容量的电容器进行滤波工作，所以通常采用小小的多层陶瓷电容即可。

　　那么这种设计有哪些优点呢？首先，此类元件的电流承载能力通常较高，每相电路可以通过38-40A的大电流，传统设计大约为25-30A。其次，此设计由于拥有更强、更全面电流/电压侦测能力，因此可以获得更好的负载平衡，杂波也会更少。再者就是这种设计所占PCB面积小的多，走线也相对简单，因此常会出现在PCB面积紧张却又需要高品质供电的高端显卡上。最后，此种设计的灵活度极高，基于Digital Control Bus可以任意增加供电相数，在下认为这是数字供电得名的重要原因。

　　虽然数字供电有着诸多优点，但缺点也是存在的。现阶段数字供电的成本要比传统供电高很多，这是多数主板厂商不愿选择的主要原因。其次，高度集成的元件节约了面积，但也使得热量更加集中，元件温度通常较高，需要较好的散热辅助。单就超频来说，数字供电也并不能带来明显效果。所以，综合来看，现阶段它并不适合作为CPU的供电方式，因此技嘉和华硕都没有采用数字供电。不过随着数字供电的成本慢慢降低，以及主板功能的逐渐增多使得PCB逐渐紧张，数字供电应该最终会有所造诣。

结语
　　终于写完了，相信看完之后各位会对目前市面上主板的各种多相供电设计有了一定程度的了解。供电对于一款主板来说固然非常重要，然而供电并非一款产品的全部，一款产品的好坏是很多因素综合决定的，单以供电设计来衡量一款主板是不理智的。同时，我们也不可单单以相数论英雄，毕竟每个品牌的不同主板在元件采用上都有所差异，而且过度的供电设计只能造成浪费。我们应该理智的去综合选择适合自己的产品，不要再某个元素上过于走极端，这样才是正确的消费观念。

:a180:
科普文章！！顶一个

现在工艺改进了,更加节能,4相能供和以前6,7相的电了
(广告:没事就到显卡区去逛逛吧..)

大家快去啊！恐怖分子都发话了

不去的就和双子塔一个下场了吧？:a47:

大家快去啊！恐怖分子都发话了

不去的就和双子塔一个下场了吧？:a47:

还是数字供电最好啊

学到很多支持  确实  还是数字供电好

很期待新的P55，供电真多

开关电源生下来就是数字式，现在是进一步升级和完善。

越来越现代化了！科技在进步啊！！！