ما هو VRM على اللوحة الأم، ولماذا هو مهم؟

بالنسبة لمعظم المتحمسين لأجهزة الكمبيوتر، فإن اختيار اللوحة الأم المناسبة يتضمن اعتبارات رئيسية مثل عامل الشكل، وتوافق وحدة المعالجة المركزية، وتكوين الذاكرة، وخيارات الاتصال، وحيز رفع تردد التشغيل. ومع ذلك، فإن أحد مكونات اللوحة الأم الرئيسية التي غالبًا ما تمر دون أن يلاحظها أحد، حتى في ورقة المواصفات، هو وحدة تنظيم الجهد (VRM) – وهي دائرة إلكترونية مسؤولة عن ضمان الاستقرار العام للنظام.

لتقييم أهمية منظم التبديل غير المقدر، دعونا نتعمق مباشرة في عمل منظم الجهد (VRM)، والمكونات المرتبطة به، وكيفية التمييز بين منظم الجهد (VRM) عالي الجودة والمصمم بشكل سيئ، بالإضافة إلى تأثيره على أداء وحدة المعالجة المركزية.

كيف يعمل VRM؟

في الأساس، وحدة تنظيم الجهد على اللوحة الأم (يشار إليها أيضًا باسم وحدة طاقة المعالج) عبارة عن محول جهد متخصص (DC إلى DC) ينظم ويحول الجهد ليتماشى مع المتطلبات المحددة لوحدة المعالجة المركزية والذاكرة والمكونات الأخرى. فكر في وحدات تنظيم الجهد على أنها مصادر طاقة صغيرة، تشبه الوحدة الرئيسية، والتي تأخذ 120 أو 240 فولت تيار متردد من المخرج الكهربائي وتخفضه إلى جهد تيار مستمر أقل بكثير (12 فولت/5 فولت/3.3 فولت).

في هذا الصدد، تقوم وحدات تنظيم الجهد في اللوحة الأم بنفس العملية التي تقوم بها وحدات إمداد الطاقة، ولكن على مستوى ثانوي. ويتمثل هدفها الأساسي في تحويل 12 فولت الواردة من موصلات EPS ذات 8/4 دبابيس إلى جهد تشغيل مناسب لوحدات المعالجة المركزية الحديثة (عادةً في نطاق 1.1-1.5 فولت).

علاوة على ذلك، تلعب وحدات تنظيم الجهد دورًا محوريًا في نقل الجهد النظيف والمتسق إلى كل مكون يحتاج إلى طاقة كبيرة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك، مما يقلل من احتمالية حدوث أي ارتفاعات غير طبيعية في الجهد أو انخفاض الجهد. وبفضل قدراتها على التحويل الثابت، تسمح دوائر تنظيم الجهد أيضًا لأجيال متعددة من وحدات المعالجة المركزية (بجهد أساسي ديناميكي) بالعمل بشكل مثالي على مجموعة شرائح اللوحة الأم المتوافقة.

مكونات وحدة تنظيم الجهد

في حين يعتبر العديد منا وحدة تنظيم الجهد وحدة مستقلة قائمة بذاتها، فإن الاختصار يمثل مجموعة من المكونات الإلكترونية المميزة المحيطة بمقبس وحدة المعالجة المركزية (LGA أو PGA) وفتحات DIMM على اللوحة الأم. بالنسبة لأولئك الذين لم يعتادوا على ذلك، تتضمن دوائر تنظيم الجهد مجموعة من مفاتيح MOSFET التي تعمل جنبًا إلى جنب مع المكثفات والمختنقات ووحدات التحكم PWM لتسهيل عملية توزيع الطاقة.

فيما يلي نظرة عامة شاملة على جميع المكونات الأساسية التي تشكل وحدات تنظيم الجهد للوحة الأم.

1. ترانزستورات MOSFET

تعمل ترانزستورات MOSFET (ترانزستورات التأثير الميداني المصنوعة من أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية) كبوابات معزولة تعمل على تضخيم أو إضعاف الإشارات الإلكترونية داخل دائرة تنظيم الجهد. وبعبارات أبسط، تتحكم أشباه الموصلات هذه في تدفق التيار إلى وحدة المعالجة المركزية بناءً على الإشارات والقيم المستلمة من شريحة وحدة التحكم PWM.

يستخدم منظم الجهد أحادي الطور مفتاحين MOSFET (الجانب المنخفض والجانب المرتفع) للمساعدة في تعديل متوسط ​​جهد الخرج للدائرة عن طريق تبديل جهد الدخل بشكل متقطع. نظرًا لأن آلية التبديل تحدث مئات المرات في الثانية، فإن MOSFETs تميل إلى توليد كمية كبيرة من الحرارة، مع درجات حرارة يمكن أن تتجاوز 150 درجة مئوية تحت الأحمال الثقيلة أو بدون تبريد مناسب.

ونتيجة لذلك، غالبًا ما تكون أشباه الموصلات هذه مجهزة بمبددات حرارية سلبية، أو مراوح صغيرة، أو كتل مياه للتخفيف من مشكلات ارتفاع درجة الحرارة وتحسين الكفاءة التشغيلية.

2. الاختناقات

تعد الاختناقات عبارة عن محاثات مكعبة الشكل تعمل على تحويل إشارات التيار المتردد عالية التردد إلى ترددات أقل أو تيارات مباشرة داخل دائرة تنظيم الجهد. يتميز هذا الجهاز الإلكتروني بنواة مغناطيسية على شكل دونات مع ملف معزول ملفوف حوله، ويخدم غرضًا مزدوجًا – التخزين والترشيح وتحسين الطاقة والقدرة على تنظيم توصيل الطاقة في السيناريوهات المتطرفة مثل زيادة سرعة التشغيل أو زيادة الجهد.

علاوة على ذلك، تجدر الإشارة إلى أن كل خانق يتوافق مع مرحلة طاقة على اللوحة الأم. وكلما زاد عدد المراحل، كلما كان نقل الجهد إلى وحدة المعالجة المركزية أكثر استقرارًا.

3. المكثفات

على عكس الخانقات، تخزن المكثفات الطاقة داخل مجال كهربائي وتفرغ التيار المتراكم بسرعة في الدوائر المتصلة عند الضرورة. الغرض الرئيسي من هذه المكونات الأسطوانية هو منع ارتفاعات الجهد المفاجئة وتقليل التموجات في دائرة تنظيم الجهد.

في سياق وحدات تنظيم الجهد في اللوحة الأم والمراحل المقابلة لها، تعمل المكثفات كوحدات تخزين مؤقتة، حيث تجمع التيار الكهربائي المستلم من الخانقات وتنقل الطاقة المطلوبة إلى وحدة المعالجة المركزية. يتم امتصاص أي شحنة زائدة من هذه الأجهزة أو إطلاقها عبر أرضية الدائرة.

4. وحدات التحكم PWM

تولد وحدات التحكم PWM (تعديل عرض النبضة) أو دوائر التشغيل المتكاملة نبضات PWM، والتي يتم توجيهها بعد ذلك إلى المكونات التناظرية الأساسية لدائرة تنظيم الجهد – MOSFETs و chokes. بالإضافة إلى المراقبة، تعمل وحدات التحكم متعددة المراحل هذه على ضبط توصيل الطاقة إلى وحدة المعالجة المركزية بشكل ديناميكي، مما يسمح لها بالحفاظ على أقصى قدر من الكفاءة أثناء أحمال العمل المكثفة.

في الأساس، يكتسب متحكم PWM الجهد المرجعي لوحدة المعالجة المركزية (يُشار إليه أيضًا باسم VRef داخل BIOS) ويقيسه بالجهد السائد من VRM الخاص باللوحة الأم. أي اختلافات بين VRef والجهد الفعلي تدفع هذا الجهاز إلى إعادة معايرة الإشارات، وتعديل جهد الخرج على الفور.

يتم أيضًا استكمال المكونات الأساسية لمنظم الجهد الكهربي بواسطة الثنائيات والمقاومات، والتي تعمل على حماية هذه الأجهزة من تجاوز التيار الكهربائي المتدفق إلى الحدود المحددة.

وحدات تنظيم الجهد متعددة المراحل على اللوحة الأم

تتطلب وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات الحديثة نظامًا قويًا لتوصيل الطاقة، والذي يتجاوز مجرد قدرات وحدة تنظيم الجهد أحادية الطور. لتحقيق إجراء نقل مستقر وفعال نسبيًا، يقوم مصنعو اللوحات الأم دائمًا تقريبًا بدمج محولات باك متعددة بالتوازي، مما يؤدي إلى إنشاء حل وحدة تنظيم الجهد متعددة الطور.

بالنسبة للمبتدئين، فإن الترتيب المتدرج لإعدادات VRM متعددة المراحل يقسم الحمل إلى مراحل طاقة منفصلة، ​​ويوزعها عبر منطقة مادية أوسع. يوفر هذا النهج المتطور لإدارة الطاقة لوحدة المعالجة المركزية جهد تشغيل نظيف ومنظم بدقة ويحد من توليد الحرارة والإجهاد داخل المكونات الأساسية.

عند التسوق لشراء لوحة أم جديدة، فمن المحتمل أن تصادف مصطلحات تصميم طاقة الطور في المواد التسويقية الخاصة بها، والتي تشير إلى تخصيص الطور للوحة الدوائر المطبوعة. غالبًا ما يتم الترويج لهذه المواصفات من قبل الشركات المصنعة بتنسيق “A+B” (8+2) أو “X+Y+Z” (16+2+2) – تشير القيمة الأولية التي تسبق علامة “+” إلى عدد الطور المخصص لوحدة المعالجة المركزية، في حين أن المجموعة التي تلي علامة الجمع تتعلق بالمكونات المهمة الأخرى على اللوحة الأم. (ذاكرة الوصول العشوائي، ومجموعة الشرائح، ووحدة معالجة الرسومات المتكاملة، وما إلى ذلك).

ومع ذلك، في الحالات التي يتجاوز فيها العدد الفعلي للمراحل المخصصة لوحدة المعالجة المركزية ثمانية مراحل، كما هو الحال في تسميات مثل “18+2” أو حتى أعلى، يميل مصنعو اللوحات الأم إلى تضمين جهاز متطور يسمى المضاعف. وببساطة، تسمح مضاعفات VRM للمصنعين بتقسيم إشارات التحكم لمرحلة ما، مما يؤدي فعليًا إلى مضاعفة عدد المراحل من وجهة نظر التحكم. ومع ذلك، قد لا تكون الفوائد كبيرة مثل المراحل الإضافية الحقيقية.

علاوة على ذلك، فإن إدراج المضاعفين داخل إعداد VRM “الحقيقي” المكون من 8 مراحل يؤدي إلى تحسينات كبيرة في عملية تحديد مرحلة الطاقة بتكلفة تصنيع أقل.

كيفية التمييز بين تكوين VRM عالي الجودة والتكوين الرديء الهندسة؟

هناك العديد من العوامل التي تؤثر في تقييم اللوحات الأم بناءً على جودة تكوينات VRM الخاصة بها. حتى إذا لم تكن تخطط لرفع تردد وحدة المعالجة المركزية، فإن حل VRM المصمم بشكل سيئ يمكن أن يدمر آلية توصيل الطاقة بهامش كبير، مما يؤدي إلى عدم استقرار النظام، والتعطل، وشاشات الموت الزرقاء، وغيرها من المشكلات الصارخة.

فيما يلي كيفية التمييز بين تكوين VRM من الدرجة الأولى وتكوين آخر أقل بكثير من التوقعات.

• تصميم القدرة الطورية: إن إحدى أسهل الطرق لتحديد جودة تكوين وحدة تنظيم الجهد (VRM) هي فحص العدد الإجمالي للمخانق المرئية على اللوحة الأم. بالنسبة لمجموعة شرائح أولية مثل AMD A620، يجب أن تكون قادرًا على تحديد ما يصل إلى أربع إلى ست مراحل طاقة مخفية أسفل المشتت الحراري. على النقيض من ذلك، تستفيد اللوحة الأم متوسطة المدى أو الراقية من عدد أكبر بكثير من المراحل للتعامل مع المكونات التي تتطلب طاقة كبيرة.
• المكثفات المقاومة للتسرب: تستخدم أجهزة تنظيم الجهد عالية الجودة مكثفات الحالة الصلبة، والتي يتم تسويقها غالبًا باسم “المكثفات اليابانية” أو “المكثفات الداكنة” أو “مكثفات Hi-C”. وبالمقارنة بنظيراتها الكهروليتية، تتمتع المكثفات الصلبة بمعدل تحمل أعلى بكثير وهي أقل عرضة للشيخوخة.
• خنق سبائك ممتاز: نوصي بالاستثمار في اللوحة الأم التي تستخدم SFCs (Super Ferrite Chokes) أو Premium Alloy Chokes لأنها تستهلك طاقة أقل وتقاوم التآكل وتولد تداخلاً كهرومغناطيسيًا أقل.

بالطبع، ليس من السهل فحص اللوحة الأم قبل شرائها. ومع ذلك، يمكنك دائمًا إلقاء نظرة جيدة عليها عند وصولها، ثم إعادتها إذا لم تكن على المستوى المطلوب.

وحدات تنظيم الجهد على اللوحة الأم: البطل المجهول في الحوسبة الحديثة

في الأساس، قد يكون مفهوم VRM معقدًا للغاية لأنه يتضمن مجموعة كبيرة من المصطلحات الفنية (MOSFETs، والمكثفات، ووحدات التحكم PWM، وما إلى ذلك) التي قد تكون غير مألوفة لمحبي أجهزة الكمبيوتر الشخصية العاديين. وعلى الرغم من هذه التعقيدات، تعمل VRMs الموجودة على اللوحة الأم كعمود فقري لنقل الجهد الكهربي بكفاءة إلى وحدة المعالجة المركزية والمكونات الأساسية الأخرى في جهاز الكمبيوتر الشخصي.