显卡怎么给GPU供电显卡供电系统原理介绍【详解】 _显卡

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显卡怎么给GPU供电显卡供电系统原理介绍【详解】就像电源是PC的心脏一样，显卡上的电源模块就是它的心身上携带的各种芯片能否正常工作，取决于它的供电电路是否足够强大。显卡的电源部分和GPU一样重要。所以在显卡的评测中，它的电源模块会是一个非常重要的评分项。那么显卡上的供电模块是由什么组成的，显卡是如何给GPU供电的呢？今天就来说说显卡电源部分的组成，让大家对显卡的电源有一个全面的了解。
显卡如何给GPU供电？
显卡最重要的部分是什么？大部分人大概以为是GPU 。毕竟GPU是显卡的组件，GPU是显卡大脑，电源部分是显卡的心，否心作为基础，大脑再强也不行。另外，电源的设计也会影响显卡的性能。强大的GPU需要强大的电源系统来支撑，这也是顶级显卡和普通显卡的主要区别之一。
如何用显卡给GPU供电&mdash&mdash显卡电源系统
说白了，显卡的GPU需要运行的是合适的电压和电流，而显卡供电系统的主要作用就是通过调压、稳压、滤波，让GPU获得稳定、纯净、适中的电压和电流。接下来，我们来看看电源部分的哪些元件在完成相关工作中起到了作用。
首先需要对供电系统有一个整体的了解:显卡使用的供电系统有三种，分别是三端稳压电路、场效应晶体管稳压电路和开关电路。这三种电路的工作模式都是降压模式，即输出电压始终低于输入电压。
1.场效应晶体管稳压电路
显卡如何给GPU供电？
FET稳压电路也是很早就出现在显卡上的一种供电系统。该电源系统主要由信号驱动芯片和MosFET组成。该电路系统具有响应速度快、输出纹波小、工作噪声低、成本低等优点。但FET稳压电路转换效率低，发热量巨大，不利于产品的功耗和温度控制。所以多用于显存的供电电路，主要是低端显卡产品使用。随着科技的进步，这个供电系统已经淡出了大家的视野。
2.三端稳压电源芯片
显卡如何给GPU供电？
三端稳压电路历史悠久，也是显卡比较简单的供电系统。这种电路只需要一个集成稳压器就能工作，但它能提供的电流很小，不适合重负载设备。对电流和电压要求较高的元器件，比如GPU，是无法用它来驱动的，所以主要用来给现在显卡上的DAC电路或者接口供电。
3.开关电路系统
显卡如何给GPU供电？
开关电路系统也是显卡使用最广泛的电源系统。对于GPU来说，前两种供电系统显然无法满足其高负载需求，所以显卡厂商采用了更先进的开关电路。电路是控制开关的时间和比例，维持稳定输出电压的电源系统。它主要由电容、电感、MosFET和PWM脉宽调制集成电路组成。这种电路系统发热量低，转换效率高，稳压范围广，稳压效果好，成为显卡的主要供电方式。
如何用显卡给GPU供电&mdash&mdash开关电路系统中元件的作用和识别方法
1.开关电路的组成及工作原理
【显卡怎么给GPU供电显卡供电系统原理介绍【详解】】显卡开关电路的工作原理图如下图所示。首先，PCI-E接口和辅助电源接口提供12V电压输入。为了保证电流的稳定性，需要先经过大电容滤波，然后进入PWM芯片控制的电路。由于12V无法直接输入内核(GPU的工作电压约为1.2V)，此时需要降压，PWM控制的MOSFET也要相应调整。通过打开上桥和关闭下桥，然后关闭上桥和打开下桥，可以产生特定频率的波形电压，波形电压的频率会影响其电压值。通过PWM控制所需的电压，可以产生所需的输出电压值。
显卡如何给GPU供电？
电路工作原理图
虽然获得了合适的电压，但这样出来的电流一波一波断开。这时候就需要利用电感的储能功能了。通过大容量电感的充放电作用，产生线性电压，最终流经小容量电容组成的输出滤波电容，输出理想的GPU电压。PWM的作用是控制各相电源的电压微调，以精确达到控制的理想电压值；电容的作用是稳定电源电压，滤除电流中的杂波，使电流更加纯净；电感可以通过储存和释放能量来稳定电流。
GTX1050与GTX1070非公产品供电系统的比较：
显卡如何给GPU供电？
虽然从电路工作原理来说，开关电路越简单越好，因为从概率计算来说，每个元件有一个故障率问题，用的元器件越多，系统的总故障率就越大，所以供电电路越简单，出问题的概率就越低。但是，显卡越高端，功耗越高。如果做成单相电路，需要采用适应大功率大电流的元器件，产生的热量会很可怕，成本也不小，所以几乎所有的显卡都设计了多相供电。
显卡如何给GPU供电？
主板的供电系统和显卡差不多。
多相电源的优势:
第一，可以提供更大的电流；
其次，可以降低供电电路的温度，因为电流一路分流，各器件发热量自然降低。多相供电电路可以非常精确地平衡各相供电电路的输出电流，从而保持各功率元件的热平衡；
第三，多相电源获得的核心电压信号比单相电源更稳定。
多相供电的缺点:成本较高，对布线设计和散热要求较高，所以更高端的产品使用更多的供电相。
2.构成开关电流的部件
①电容和电感的作用
自然，供电系统的元件中必须提到电容和电感，这也是衡量显卡所用材料是否坚固的最明显的标准。电容器，全称电容器，是一种电荷存储元件，广泛应用于电路隔离、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换和稳压等。显卡中的电容主要起到滤波和稳压的作用。电感器，全称电感器，是一种能将电能转化为磁能并储存起来的元件。它广泛应用于电路中起开关、调谐、屏蔽信号、滤除噪声、稳定电流和抑制电磁干扰等作用。显卡中的电感主要起到稳定电流的作用。
显卡如何给GPU供电？
PCB上电源系统的局部图
上图是索泰GTX1080PGF播放器PowerSupreme的局部PCB，上面写着AIO；带“”字样的长方体就是电感，是我们判断显卡供电相数的标准。因为显卡上用的电感基本都是大头的长方体，很容易识别。以这个卡为例，一排有16个电感，一排有3个电感，所以我们说这个卡是16+3相供电设计的。电感器按结构可分为线绕电感器和非线绕电感器。一些比较老的低端显卡使用线绕电感，现在几乎所有显卡都使用非线绕电感。
显卡如何给GPU供电？
G337钽电容器
AIO电感器旁边的那些圆柱体是电容器，叫做铝电解电容器。它们的特点是容量大，泄漏大，稳定性差，正负极性，适用于电源滤波或低频电路。铝电解电容器另一侧的中间是黄色，两边是白色豆豆也是电容，上图黑色的电容算是电容中的贵族，叫做钽电解电容。钽电容器性能优良，是一种体积小、电容大的产品。在电力滤波、交流旁路等应用中竞争对手很少，可以大大提高电流的纯度，但成本相对昂贵。所以钽电容的使用也说明显卡是否高端。
②②MOSFET管的作用
MOSFET是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的英文缩写，是FET的一种。我们通常不混淆直接称之为MOS晶体管。显卡供电系统中MOSFET的主要作用是电压控制，即判断电位，为元器件提供稳定的电压。MOSFET具有输入电阻高、噪声低、功耗低、动态范围大、易于集成、无二次击穿、安全工作区宽等优点，因此比双极晶体管和功率晶体管应用更广泛。
显卡如何给GPU供电？
一上二下布局的MOSFET管
一般MOSFET是两个或两个以上一组出现在显卡上，分为上下两组，称为上桥和下桥。上桥MOSFET承受外部输入电流，导通时间短，承受电流小；下桥MOSFET承担GPU所需的电压，其电流是上桥MOSFET的10倍以上，导通时间也比上桥MOSFET长得多。因此，一般来说，下桥MOSFET的尺寸大于上桥MOSFET的尺寸。如上图所示，上桥MOSFET管只有一个横的，下桥有两个竖的。这种一上两下的设计是显卡MOSFET布局的经典布局。
上下桥的MOSFET管像水塔一样工作，上侧充水，下侧排水。水塔快满时停止灌水(MOSFET桥关闭)，水塔快干时开始灌水(MOSFET桥打开)，这样水塔下持续的水流会趋于稳定，GPU得到稳定的电压，有利于性能。
显卡如何给GPU供电？
集成MOSFET管
除了常见的一开二关MOSFET管布局，还有一种集成的MOSFET，称为DrMOS 。DrMos技术属于英特尔在2004年推出的服务器主板节能技术。它的上桥MosFET和下桥MosFET都封装在同一个芯片中，占用的PCB面积更小，更利于布线。DRM的面积是隔离MOSFET的1/4，功率密度是隔离MOSFET的3倍，增加了过压和超频的可能。使用DrMOS的主板具有节能、高效超频、低温等特点。其工作温度比传统MOSFET管低一半左右，但成本相对较高，所以现在多用于高端图形产品。
显卡如何给GPU供电？
钟颖德电源散热模块
细心的玩家可能会注意到，一般显卡的MOSFET区域也有相应的散热装置，要么是散热垫，要么是像钟颖弗罗斯特wyrm那样专门制作的主动散热模块。这是因为MOSFET管也会产生大量热量。如果散热做得不好，显卡高负载运行时很容易烧坏。这一点我们需要提一下，DrMOS的耐温性比MOSFET高，所以一旦烧坏，很有可能烧穿PCB，导致显卡无法修复；但是MOSFET的耐高温能力较低，因为过热烧坏不会损坏PCB，可以通过更换MOSFET来修复。总之，MOSFET散热是做好显卡必不可少的一步。
③PWM芯片的功能
PWM芯片的全称是脉宽调制芯片，它根据相应负载的变化来调制MOSFET栅极的偏置以改变MOSFET的导通时间，通过改变脉冲调制的周期来控制其输出频率，从而改变开关电源的输出。PWM芯片的选择与电源电路的相数密切相关。PWM芯片必须具有与产品提供的相数相对应的控制能力。
显卡如何给GPU供电？
台湾省立智uP9511P8相PWM芯片
PWM芯片直接连接在MOSFET上，可以在特定的电压下使电流通过或断开，所以有点像电路的开关，这也是开关电路名字的由来。PWM是控制MOSFET来决定是否让电流通过。当MOSFET上桥开路，下桥闭合时，电流可以通过，但当MOSFET上桥闭合，下桥开路时，电流不能通过。一般来说，一排MOSFET由一个PWM芯片控制，但是PWM芯片的可控相数和显卡的供电相数不一定是一一对应的。
例如，上图显示了一个相对高端的8相PWM芯片，它被我们熟悉的GTX1080创始人版所采用。GTX1080有6个供电相；但是uP9511P完全可以控制显卡上的16相电源，堆垛机王索泰用它控制了GTX1080PGF上的16相电源，说明这款芯片的质量非常优秀。
但如果采用多相电源设计，PWM芯片分流后，每相电源只分配很小的电流，既能使电感体积合理，又能控制发热量，使整体输出更稳定。所以显卡需要多相供电，TDP更高的GPU需要更多的供电相。此外，更多的供电相意味着显卡可以承受更高的负载。换句话说，显卡可以冲击更高的频率，这也是为什么所有旗舰非公版显卡都有夸张的供电相位设计，频率远远超过公版的原因。
通过以上对显卡供电系统的组成和原理的介绍，相信大家都知道显卡是如何给GPU供电的了！希望这篇文章的分享对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以拆开自己的显卡，看看自己的显卡PCB是怎么设计的。

显卡怎么给GPU供电 显卡供电系统原理介绍【详解】

显卡怎么给GPU供电显卡供电系统原理介绍【详解】