Современные материнские платы

 

Основные силовые элементы цепи питания процессора

Стабильность работы и срок службы всех компонентов компьютера зависят не только от качества исполнения самих плат, но и блока питания и цепей питания самих устройств. В качестве примера рассмотрим упрошенную схему цепи питания центрального процессора. Она состоит из трех основных силовых элементов— МОП-транзистора, дросселя и конденсатора. МОП-транзистор (полевой транзистор со структурой «металл-оксид-полупроводник») выполняет роль переключателя, регулирующего подачу тока в цепь питания процессора. Когда на процессор требуется подать напряжение, транзистор переводится в режим пропускания, и ток протекает через сеть. Когда схема питания переходит в режим разряда, МОП-транзистор переключается в режим запирания и препятствует протеканию тока до тех пор, пока энергия, накопленная в сети питания, не будет исчерпана. После этого транзистор снова переходит в открытое состояние. 

Когда МОП-транзистор находится в открытом состоянии, происходит подача тока на дроссель. Дроссель — это катушка индуктивности, обладающая высоким сопротивлением переменному току и малым — постоянному. Этот элемент может запасать энергию и регулировать протекание тока. С дросселя электрический ток поступает на конденсатор, который запасает электрическую энергию и затем подает ее на процессор. 

Качественные компоненты — залог долговечности 

В цепях питания некоторых моделей современных материнских плат используются высококачественные электронные компоненты. В 2006 году компания Gigabyte, стремясь реализовать подход «высококачественные компоненты — высококачественные системные платы», впервые оснастила свои изделия на основе чипсета Intel P965 конденсаторами с твердым электролитом. Это позволило увеличить надежность работы, а также срок службы изделий в шесть раз. Кроме того, были решены проблемы, связанные с пробоем конденсаторов, которые нередко возникают при использовании системных плат на основе обычных электролитических конденсаторов. Так появилась технология Ultra Durable. Но Gigabyte не остановилась на достигнутом: при производстве современных моделей системных плат и видеоплат эта компания применяет технологию Ultra Durable 2, а с недавнего времени и Ultra Durable 3. На платах с технологией Ultra Durable 2 используются МОП-транзисторы со сверхнизким сопротивлением в открытом состоянии (RDS(on). Это позволяет снизить сопротивление при переключениях и ускорить зарядку и разрядку по сравнению с обычными МОП-транзисторами. Вместо обычных дросселей с железными сердеч­никами используются дроссели с сердечниками из феррита — материала на основе оксида железа и других металлов. Такие сердечники способны при высоких частотах запасать энергию на гораздо более длительный срок, чем обычные, что позволяет уменьшить ее потери. А конденсаторы с твердым электролитом японского производ­ства, отличающиеся высочайшей стабильностью характеристик, надежностью и большим сроком службы, прекрасно подходят для работы ПК как в обычном режиме, так и в условиях разгона. Таким образом, устройства на основе Ultra Durable 2 отличаются повышенной надежностью, долговечностью, низкой температурой и хорошими возможностями для разгона благодаря использованию в цепи питания высококачественных силовых элементов. Стоит отметить, что в последнее время высококачественные силовые элементы можно встретить на некоторых моделях начального и большинстве моделей среднего уровня системных плат практически всех крупных производителей. 

В начале сентября 2008 года компания Gigabyte представила технологию Ultra Durable 3, вобравшую в себя все преимущества Ultra Durable 2 и еoе одну дополнительную особенность — увеличенное в два раза содержание меди в проводящем и заземляющем слоях печатной платы. Если раньше в каждом слое использовалась одна унция меди (28,34 г), то теперь ее количество возросло до двух унций. Это позволило уменьшить нагрев системной платы и снизить потери электроэнергии, а также повысить стабильность при разгоне за счет сопротивления электрических цепей. При этом сигнал, передаваемый через эти линии, стал более четким и содержит меньше помех. Материнские платы на основе технологии Ultra Durable 3 уже появились в продаже, их легко отличить по индексу UD3 в названии модели — например, GA-EP45-UD3. 

Технологии энергосбережения — экономия электричества и забота об окружающей среде 

Во время работы в офисных приложениях, просмотра сайтов, прослушивания музыки и выполнения других несложных операций компьютер использует не все свои ресурсы. В эти моменты его энергопотребление можно снизить. В последнее время производители материнских плат стали уделять немало внимания вопросам энергосбережения. Компания Gigabyte оснащает некоторые модели своих материнских плат специальной интегральной схемой, которая позволяет отключать или включать фазы питания центрального процессора в зависимости от его загрузки. 
Например, материнские платы серии DQ6 оснащаются двенадцатифазной подсистемой питания центрального процессора. Когда компьютер находится в состоянии покоя или очень низкой загрузки, задействованы всего четыре фазы. Если нагрузка на процессор начинает расти, то парами включаются дополнительные фазы, пока их число не достигнет двенадцати. Данная технология получила название Dynamic Energy Saver (DES). Для ее работы требуется запустить специальную утилиту, которая также позволяет просматривать количество используемых фаз и отображает информацию о количестве сэкономленной электроэнергии. Недавно появилась улучшенная версия этой технологии — Dynamic Energy Saver Advanced, не требующая запуска утилиты и работающая в условиях разгона. А специальные светодиодные индикаторы, которыми оснащаются материнские платы с функцией энергосбережения, позволяют визуально отслеживать количество задействованных фаз питания. 

В арсенале компании ASUS также есть аналогичная технология под названием Energy Processing Unit (EPU). Ее основное отличие заключается в том, что на платах ASUS предусмотрено всего два режима работы. Например, на топовой материнской плате Р5ЕЗ Wifi Deluxe с восьмифазной подсистемой питания процессора в режиме простоя работают всего четыре фазы, а в режиме загрузки—все восемь. Еще одной особенно­стью ASUS EPU является база данных, в которой хранятся оптимальные настройки для всех существующих моделей процессоров Intel. Эта технология сама определяет модель процессора и использует при работе с ним те настройки, на которых он функционирует наиболее стабильно и эффективно. 

Кроме того, ASUS EPU также может управлять скоростью вращения вентиляторов, обеспечивая тихую работу 
всей системы. 

Технология работает полностью на аппаратном уровне,а для настройки опций энер­госбережения создана специальная утилита AI Suite, входящая в комплект поставки соответствующих моделей материнских плат. Кроме того, управляющие микросхемы используются не только для переключения количества фаз питания, но и динамического управления такими параметрами, как напряжение и сила тока, что позволяет не только снижать энергопотребление, но и обеспечивает более стабильную работу процессора за счет контроля и настройки параметров питания. 
Помимо экономии средств, затрачиваемых на оплату счетов за электроэнергию, технологии энергосбережения позволяют снизить вредное воздействие на окружающую среду. Чем меньше энергии расходуется компьютером, тем меньше топлива сжигается на электростанциях. В результате выделяется меньшее количество углекислого газа, способствующего развитию парникового эффекта. Поданным компании ASUS, одна материнская плата, оснащенная EPU, может в течение года сэкономить 33 кВт/ч электроэнергии, производство которой приводит к выбросу в атмосферу около 20 кг углекислого газа. 

DrMOS: комплексный подход MSI 

Компания Microstar располагает целым набором фирменных технологий, успешно применяя их при разработке материнских плат уже более четырех лет. Наиболее актуальная из них, а точнее целый набор технологий, носит название DrMOS. Его можно разделить на три составляющие: GreenPower, XpressCool и Rapid Boost. 
Значительная часть энергии, потребляемой компьютером, расходуется впустую. Она выделяется в виде тепла во вторичных источниках питания и уходит на нагрев воздуха. Рассмотрим простой пример. Предположим, что потребляемая центральным процессором мощность составляет 80 Вт. Но потребляемая системным блоком только на питание процессора мощность при этом составит около 160 Вт. Часть этой мощности (48 Вт при 70% КПД) выделится в виде тепла в блоке питания, а 22 Вт (при 80% КПД) - . в цепи питания материнской платы. Таким образом, до процессора «дой­дет» меньше 60% мощности, остальная часть потеряется во вторичных источниках питания. 
В цепи питания процессора плат MSI серии DrMOS (Driver MOSFET, активно-управляемые МОП-транзисторы) используются специальные одноименные микросхемы, содержащие управляющую интегральную микросхему, верхний и нижний полевой транзисторы. Это решение обладает достаточно высоким КПД (около 93%), что позволит снизить затраты энергии для питания CPU в рассматриваемом нами примере со 160 до 0125 Вт. Температура микросхем DrMOS существенно ниже, чем у обычных МОП-транзисторов (55,3°С против 71,6 °С). 
Кроме того, на таких системных платах применяются твердотельные конденсаторы, экранированные дроссели и полимерные конденсаторы с высокой проводимостью (Н1-с САР). Еще одна особенность GreenPower — возможность динамического включения или выключения фаз питания процессора, памяти и чипсета из BIOS или специального программного обеспечения, входящего в комплект поставки, — GreenPower Center. На плате размещены специальные светодиодные индикаторы, которые позволяют отслеживать активность фаз питания. А модуль GreenPower Genie, подключаемый в цепь между блоком питания и материнской платой, позволяет отслеживать токи на каждом канале питания и потребляемую мощность. Этот модуль входит только в комплект поставки топовых моделей плат серии Diamond с чипсетом Intel P45. 

Охлаждение и разгон
 
Вторая группа новшеств под названием XpressCool — это набор 
технологий, предназначенных для повышения эффективности охлаждения материнской платы и удобства ее использования. Прежде всего следует отметить массивную систему охлаждения Circu-Pipe 2, которая состоит из пяти медных тепловых трубок, соединяющих радиаторы на силовых элементах и южном мосту с новым элегантным радиатором северного моста. Она не помешает установке больших кулеров на центральный процессор или сборке CrossFire. Дизайн печатных плат, поддерживающих XpressCool, спроектирован таким образом, чтобы длинные виде­оплаты не блокировали защелки слогов памяти, SATA- и IDE-разъемы, а установка пары двухслотовых моделей не происходила вплотную. 

Третья составляющая DrMOS, технология RapidBoost, предназначена для увеличения производительности системы. Она включает в себя как стандартные для материнских плат на основе Intel P45 особенности, гакие как наличие двух слотов PCI Express xl6 2.0 и поддержку режима CrossFire по формуле х8-х8, так и уникальные возможности, например двухфазную подсистему питания модулей оперативной памяти и набора системной логики, что позволяет повысить стабильность работы при разгоне, специальную BIOS с возможностью управления тактовым генератором, гибкого изменения различных напряжений, таймингов оперативной памяти и улучшенной функцией помощи. Также на платах с поддержкой RapidBoost предусмотрен специальный джампер, который позволяет изменять частоту системной шины с 200 до 400 МГц.