分解供电系统 教你挑选好显卡

  【天极网DIY硬件频道】供电系统在显卡的硬件架构中起着举足轻重的作用，如果把GPU比作显卡的大脑，那供电系统就是显卡的神经中枢。它的好坏决定了显卡的工作特性，一张好的显卡就必须要配备一个好的供电系统，下面我们先来看一下显卡的组成。

  首先我们先来讲一讲电容，电容除了传统电解电容、固态电容、钽电容的差别、容量的差别，剩下就是电容的ESR了，电容容量越大，其电阻相应也会增大，对CPU的瞬间供电电流就会减小，不利于系统的稳定。因此ESR值越低越好。为解决ESR阻值的问题，设计者通常将多个电容并联使用，以降低ESR值，ESR值并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡，消振电路又会增加不小的成本，所以只有各方面恰到好处才是最好的。

各种显卡电容

  我们平时经常会看到一些显卡的介绍会说这张显卡是几项供电，那张显卡是几项供电，这到底是一个什么意思呢？笔者给大家来解释一下。我们所说的这个几相供电指的就是这个多相供电。多相供电可以平衡各相供电电路输出的电流，以维持各功率组件的热平衡，在器件发热这项上多相供电具有优势，也就说供电相数越多“电源功率越大”;多相交错工作可以减小纹波电流。纹波电流与输出电压纹波成正比，因此纹波电流小了意味着输出电压更干净，或者相同纹波程度下输出电感和输出电容数量得以减少，这就是相数多了带来的好处(这就是为什么通过堆积Mos同样可以增大显卡“电源功率”，却又很多厂商选择了更多项位的设计的原因)。但过多的供电就会造成转换效率低下，所以说供电相数合适就好，不要过度的追求更多数目的供电相数!供电的设计直接影响到整机工作的稳定性和安全性，但这并不意味着供电相数越多品质越优秀，而那些打破世界纪录的显卡也不一定就有很多的供电相数。

显卡3+1相供电

显卡4+1相供电

显卡4+2相供电

  接着我们来看看电感，充足纯净的电流是保证显卡稳定工作的重要条件。所以显卡上设计了很复杂的电路对供电电流进行滤波处理。其中电感和电容主要是用来对电流进行滤波的。电流先流过电感以便滤掉一部分高频杂波，再通过电容进一步滤掉其余的杂波，因此电感的性能会对供电质量有一定的影响。

  然后我们继续来看看场效应晶体管也就是大家所熟悉的MOS管，供电最理想的状态是，使用最快速的场效应管、高磁通量粗导线的电感线圈、超低ESR的输入输出电容。高频Mos开关噪声下，这样可以对输出电容容量要求降低一点，MOS的上桥和下桥都可以用并联两颗代替一颗来提高导通能力，因而每相供电还可能用到三颗、四颗甚至五颗的MOSFET。更多的MOSFET能让每颗MOSFET休息的周期延长，减少承受热量的时间，也就是增大了显卡的“电源”的最大功耗，因此对于普通消费者可以从MOSFET的数量来判断供电电路的优劣。

  三爪“MOS”：有三个引脚的小方块是一种常见的MOSFET封装，称为D-PAK(TO-252)封装，也就是俗称的三脚封装。这种封装可以通过较大的电流，散热能力较好，成本低廉易于采购，但是引线电阻和电感较高，不利于达到500KHz以上的开关频率。

  八爪“MOS”：八角这种尺寸小一些的黑方块同样是MOSFET，属于SO-8系列衍生的封装。现有CPU、GPU等芯片需要MOSFET器件在较高电流和较高开关频率下工作，优点是：内阻低、低温且可以承受更高的负载。

  上面我们讲述了显卡供电的模组部分，相信大家都对此有些了解了吧，下面我们来讲一下供电的设计部分，我们在一些显卡介绍里面经常会看到这个显卡采用了数字供电，那个显卡采用了模拟供电，那这个数字供电还有模拟供电是什么意思呢，下面笔者给大家来详细的解答。

  显卡供电发展那么久，一直都模拟供电占据着显卡供电设计的主导地位。模拟供电的成本要比数字供电来的更低，还有极高的转换效率，这些都数字供电不能比拟的，下面笔者个大家介绍一下市面常见的模拟PWM主控芯片。

  安森美半导体(On-semi)出品的ON供电芯片，是市面上最常见的供电芯片。优点是架构成熟，成本低。ON的供电芯片一般是通路厂商的最爱，因为采用了ON的供电芯片不支持调压，属于纯模拟电路，比较适合用于低端显卡。

  可能很多用户都会人物模拟供电只有低端显卡才会使用，其实这种理解并非完全正确。半导体大厂uPI(uPI-semi)出品的供电PWM主控芯片，以多相的拓展性能闻名。一般听说显卡做工能达到10相以上的，一般都是采用uPI的PWM芯片。uPI能达到数字供电也无法超越的供电规模，uPI也是属于纯模拟电路，但是拥有更好的拓展性，转换效率高，拓展后更精准，这也是模拟电路的巅峰。

  而从上面笔者跟大家有提到数字供电，那什么是数字供电呢？，所谓数字供电准确的称谓是“集成化数控供电模块”，指控制电源的PWM芯片采用了数字式处理技术，用数字芯片来对整个模拟电路进行管理。数字供电的优势在于：更精准的参数调节、更强的供电能效转换、更高的系统稳定性、提高超频成功率，当然数字供电也在输出纹波、转换效率、瞬态响应等方面有着先天的优势，但是缺点也同样明显，以当前市面最主流的Volterra方案为例，由于采用的VT1157SF从控芯片整合4颗MOS和Driver，当显卡超压超频使用时, 高度集成的从控芯片产生的热量非常惊人且散热面积又极为细小，导致其零件温度轻松达到甚至超过100摄氏度，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。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，所以数字供电的造价要比模拟电路要高的多。下面我们来看看几种数字供电的主控芯片。

公版AMD HD6970 Volterra数字供电方案

  Volterra供电方案：这种全数字的供电方案应用在AMD HD6950(公版)以上的版本;Volterra供电方案从寿命、空间、电源效率这些方面整体来看，确实是最为强大的方案。但是它的成本非常高昂，所以就不常见。它的主要优势在于功率的Mos部分，开关速度可达到800~1MHz。但这并非数字式PWM的功劳;由于Mos的频率高，所以对电容容量的要求就低了，输出电容均采用高频性好、低ESR，由于每相的MOSFET Driver和上桥、下桥Mos整合到一颗小芯片里，所以发热却很大，这也是被不少人诟病的地方，无论怎么说这种方案应该是目前显卡中性能最强、成本最高的供电方案了。

CHil 8266

NVDIA GTX580 CHil8266数字供电方案

  CHil8266供电方案：CHil8266这种供电方案应该是比较常见的了，从超公版的中端卡，到NVIDIA GTX570(公版)以上均为此种方案设计;CHiL出品的PWM主控芯片，属于纯数字电路的PWM。优点是数字供电所具备的，包括控制信号更精准，反馈功能更好、转换效率更高、相位切换等优势。最高支持6相输出，可配置开关频率精度从200 KHz到1MHz每相小于2%，相位切换功能。这种方案拥有了传统模拟电路不具备的优势，同时相对Volterra方案来说成本也得到了控制。

  我们来判别供电输出的品质看两方面：第一，看开关频率以及配套的电感电容，这一点和PWM是否数字的没关系;第二，补偿，数字PWM在这一块的优势就是调试的时候简单很多，可以更具体的输出波形，通过软件写入调试调整，模拟的就需要不断地根据波形，去不断地调整外围补偿的电阻电容网络，也就是说模拟供电可以达到高品质，但是对设计要求非常高;但数字供电的高转换效率、更精准的信号控制，更优秀的反馈能，以及根据负载切换供电相位提升转换效率。

  如何判断显卡采用数字供电还是模拟供电？ 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。

  上面我们一直提到PWM这个名词，可能很多人都不知道这个名词是什么意思，下面笔者给大家来解析一下这个词。

  PWM是” Pulse Width Modulation ”的缩写，直译为脉冲宽度调制，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，它广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等多个领域。对电路设计而言，就是取其“功率控制与变换”。

  好，上面笔者给大家详细的讲解了一下显卡供电的部分。下面我们通过GTX670的供电来教大家如何通过供电来选显卡。

  我们来看一下耕昇GTX670赵云和公版GTX670的供电对比

  左边为GTX670公版，右边为GTX680公版。虽然都是采用4+2相供电，但是很明显可以看到GTX680公版供电用料更好，这样提供给核心的电流更纯净更稳定。而耕昇GTX670赵云采用的是GTX680公版PCB的设计

  上图为耕昇GTX670赵云的核心4相供电，它使用了FP的固态电容，R22贴片超薄铁氧体电感以及1上2下MOSFET，上桥为4939N，下桥为两颗4935N，安森美出品，Super SO-8封装。而在显存的2相独立供电当中也是使用的FP的固态电容，R33的电感，以及1上1下的MOSFET，上桥为MDU1514，下桥为MDU1516，韩国Magna公司出品，PowerDFN56封装。

  下图为公版GTX670的核心4相供电，它使用了FP的固态电容，跟上面耕昇GTX670赵云电感相比，它只是用了YAGEO的普通电感。而在显存的2相独立供电当中也是使用的FP的固态电容，eR33的普通电感。

  我们再来看看供电的核心PWM的对比

  左边的是耕昇GTX670赵云，它使用的PWM为RT8802A，最大能支持到5相核心供电，而右边的公版GTX670使用的PWM为Onsemi NCP5392P ，它最多只支持4相核心供电。

  我们通过上面的对比可以看出耕昇GTX670赵云采用的是GTX680公版的设计，它和公版GTX670供电对比，虽然都是采用的4+2相的供电，但是耕昇GTX670赵云版的供电用料明显要比公版的GTX670要更加的豪华。供电系统在显卡的架构中是非常的重要的，如果没有一个好的稳定的供电系统，那你的显卡将不能稳定的工作，所以说我们选择显卡的时候供电部分也是一个重要的参考部分，好的供电系统将会给你带来更好的性能体验。