GUIDA VRM: Come funzionano ? Perché sono importanti ? Come provare a valutarli a colpo d'occhio ?

Avets

Utente Èlite
2,326
1,443
CPU
Ryzen 5 3600x
Dissipatore
Noctua NH-D9L
Scheda Madre
MSI B450I
Hard Disk
SiliconPower NVMe 256Gb
RAM
2x8Gb Ballistix 3600Mhz Cl16
Scheda Video
RX 5500 XT Sapphire pulse
Monitor
Hp 23"
Alimentatore
EVGA Supernova 550 GM
Case
Custom: plexiglass/compensato 8.8Litri
Sistema Operativo
Win 10
Buona sera lettori di questo forum,

Orma una cosa tira l'altra e
nella precedente guida sull'overclock si erano nominati i VRM come la parte fondamentale di una scheda madre. A seguito delle prevedibili quanto lecite curiosità emerse a riguardo, si è deciso di far seguire a tale guida, questa. Lo scopo sarà quindi di fornire, con un tocco di spirito, una basilare conoscenza del loro funzionamento, possibilmente comprensibile alla totalità degli utenti, per poi addentrarsi nella valutazione delle schede madri secondo quanto esposto.


IL FUNZIONAMENTO DEI VRM
Come qualche lettore già saprà, in mancanza di uccelli rapaci che torturano condensatori cinesi tramite scatole matte in compensato blu, è ben difficile svestire l'elettrotecnica della sua aura soporifera. Pertento si è convenuto che la scelta migliore fosse quella di passare alla botanica.​
INNAFFIARE I FIORI
Si supponga d'aver necessità di innaffiare regolarmente dei fiori delicati e di usufruire, per l'approvigionamento di acqua, di una semplice canna sprovvista di regolazioni per l'intensità del flusso in uscita che, pertanto, può essere solamente massimo oppure nullo.​
Appare evidente che utilizzare un tubo per l'acqua a pieno regime su dei fiorellini, comporterebbe l'immediata dissoluzione di quest'ultimi assieme al relativo problema dell'abbeveramento.​
Tutavia non è cosi si risolverà la questione.
Banalmente, l'approccio più conservativo si dimostra essere quello di riempire con la canna un bagnafiori che poi verrebbe usato per dosare l'acqua.​
Dunque le piantine si vedrebbero irrigate per un certo lasso di tempo fino a quando il bagnafiori contenesse acqua, mentre resterebbero "a secco" durante la ricarica di ques'ultimo, per poi riprendere da capo.​
L'ultimo problema che verrà posto prima di uscire da quella che si anticipa essere una metafora, consiste nella costanza con cui le piante ricevono acqua. Volendo minimizzare l'alternanza tra fasi di irrigazione e di attesa (durante la ricarica dell'innafiatoio) senza aumentare l'afflusso di acqua, si potrebbe pensare all'utilizzo di due bagnafiori più piccoli utilizzati da due giardinieri (questo passaggio verra ripreso più avanti) di modo che, mentre il primo facesse rifornimento, l'altro abbeverasse, e viceversa.​
TRASFORMARE 12Vdc in 1.2Vdc
La meccanica appena esposta è paragonabile* a quella dei VRM: portare la corrente (acqua) dall'alimentatore (canna) alla cpu (fiorellini) caricando ciclicamente degli induttori (bagnafiori) tramite degli interruttori chiamati mosfet (rubinetto). Questo per trasformare i 12v dell'alimentatore negli 1,2 circa rischiesti dalla cpu.​
*Il comportamento dei sistemi idraulici ed elettrici è governato da leggi quasi completamente sovrapponibili. Tuttavia nella metafora esposta si è dovuto in parte fare strame (tornando al tema vegetale) di tale analogia. Infatti per non peccare di fedeltà l'induttanza sarebbe dovuta corrispondere all'inerzia dei liquidi e la capacità dei condensatori a quella dei serbatoi. Purtroppo invece, per necessità di chiarezza, si è dovuto associare la prima all'ultima poiché sarebbe risultato certamente meno fruibile ai più, parlare di inerzia idraulica piuttosto che di volume di un bagnafiori.
Si osservi questo schema di VRM:​
VRM1.png
I principali eventi che occorrono durante il funzionamento possono riassumersi in:​
- il mosefet viene chiuso dal controller;​
- il voltaggio alla cpu comincia a salire man mano che l'induttore si carica;​
- il voltaggio alla cpu raggiunge il limite massimo;​
- il mosefet viene nuovamente aperto;​
- la corrente comincia a circolare attraverso il circuito arancione;​
- il voltaggio cala man mano che l'induttore comincia a scaricarsi;​
- il voltaggio alla cpu raggiunge il limite minimo;​
- viene chiuso nuovamente il mosefet (da capo);​
Rispetto alla metafora iniziale, si nota la mancanza di una corrispondenza per il circuito arancione. La sua necessità viene a mancare per la sopra citata scelta di accoppiare erroneamnete l'induttore al volume dell'acqua e non all'inerzia di quest'ultima (le motivazioni sono state esposte).​
Rimane comunque possibile evincerne la necessità ricordando che un induttore si oppone alla variazione del flusso di corrente che lo attraversa. Pertanto, in mancanza del circuito di ritorno arancione, al momento dell'apertura del mosefet, la corrente collasserebbe rapidissimamente a zero con conseguente "protesta" da parte dell'induttore che si manifesterebbe in un picco molto elevato nel voltaggio*, mortale per la cpu.​
*Per chi volesse aprofondire, su questo fenomeno si basano i trasformatori "step up" e analogamente in idraulica le cosi dette "pompe ad ariete".
Variando il tempo di apertura e chiusura del mosefet è possibile variare il voltaggio in uscita in maniera piuttosto intuitiva.​
Se ad esempio si vogliono trasformare i 12v in 1.2v, essendo 1.2 un decimo di 12, basterà chiudere (e quindi collegare) il mosefet per un decimo del tempo totale di ogni ciclo. Ad esempio, ogni secondo (tempo irrealistico ma semplice da considerare) si potrà chiudere l'interruttore per 0.1s e lasciarlo aperto i restanti 0.9v. In questo modo il voltaggio in uscita oscillerà intorno agli 1.2v desiderati.​
IL RIPPLE
A casua della natura della generazione della tensione nei vrm, il voltaggio di ogni fase oscilla attorno al valore medio desiderato. Tale oscillazione prende il nome di ripple e può inficiare la stabilità del sistema.​
Ogni vrm alimenta una linea di tensione definita "fase". Per ridurre il ripple è possibile utilizzare contemporaneamente più fasi per alimentare la cpu, in modo tale che (quando opportunamente ritardate) i picchi di tensione di una possano mitigarsi con le valli dell'altra (come nell'esempio dei due giardinieri). Maggiore è il numero delle fasi e maggiore sarà la possibilità di mitigazione. Ecco quindi perché le schede madri dotate di più fasi sono ritenute migliori.​
Un secondo metodo per attuire le oscillazioni può essere quello di aumentare la frequenza operativa dei vrm. Nell'analogia precedente questo sarebbe corrisposto ad ordinare ai giardinieri di riempire per metà i bagnafiori ma di svuotarli il doppio delle volte di prima a parità di tempo trascorso. Le frequenze elevate tuttavia non portano in dote benefici soltanto, infatti ad ogni apertura e chiusura dei mosefet corrisponde una dissipazione di potenza sotto forma di calore con relativo aumento di temperatura.​
In aggiunta, in alcuni casi, si trovano dei condensatori collegati in parallelo alla cpu. Questi addolciscono ulteriormente le flutuazioni del voltaggio. Nel paragone botanico corrisponderebbero ad un serbatoio che si caricherebbe durante l'innafiatura sottraendo una parte dell'acqua offerta ai fiori, per poi restituirla durante il successivo periodo di secca.​
DOUBLER VS TWIN MODE
Esistono due soluzioni che permettono di aumentare il numero di fasi in una scheda madre.​
Con il twin mode, ogni uscita del controller di frequenza viene collegata a due fasi. Così facendo, il numero di quest'ultime raddopierà, ma verranno attivate a coppie.​
Il maggior numero di fasi rendera disponibile più potenza ed un miglor controllo della temperatura, tuttavia l'attivazione in coppia preclude i benefici sul ripple che si oterrebbero potendole attivare singolarmente ed esso rimarra identico a quello ottenibile con la metà delle fasi.​
Collegando invece ogni uscita del controller di frequenza ad un doubler esso invierà il segnale una volta ad una prima fase ed una volta ad una seconda. Ciò comporta il dimezzamento della frequenza controllante i mosefet dei singoli vrm che dovrà pertanto essere opportunamente compensata raddoppiando quella iniziale del controller di frequenza.​
Questo metodo aggiunge ai benefici derivanti dal raddoppiamento delle fasi, quelli sul ripple che, differentemente da prima, può essere ulteriormente atenuato attivando singolarmente le fasi.​


VALUTARE I VRM
La parte più delicata dei vrm sono i mosfet. Rispetto allo schema semplificato esposto precedentemente, nella pratica si trovano mosfet anche in parallelo al diodo arancione per motivi legati al funzionamente di quest'ultimo che non si approfondiranno qui. Valutare la qualità dei singoli mosefet, per di più nascosti sotto le dissipazioni, esula dalle competenze di chi vi scrive e dell'utente comunque.​
Più semplice invece risulta valutare il numero di fasi di una scheda madre che, come anticipato, è direttamente collegato alla stabilità della tensione offerta alla cpu. Ad ogni fase infatti corrisponde un induttore*, facilmente riconoscibile come un quadratino nero/grigio. Solitamente gli induttori delle fasi riservate alla cpu si trovano a sinistra di quest'ultima. Altri induttori destinati ad esempio alle linee delle ram possono invece essere osservati in altre posizioni variabili da scheda a scheda.​
*Alcuni produttori, nelle schede più economiche, inseriscono due induttori sullo stesso vrm al posto di uno. Questo corrisponderebbe a dare due innafiatoi da un litro anziché uno da due ai giardinieri ed è totalmente inutile. L'unico fine è quello di indurre l'osservatore a pensare di trovarsi di fronte ad una scheda con il doppio delle fasi.
Fortunatamente dovrebbe essere possibile smascherare questa furbizia osservando i valori di impedenza degli induttori, solitamente riportati in cima. Utilizzando il doppio degli induttori per fase è infatti necessario utilizzare induttori con impedenza doppia. Chi scrive non è a conoscenza dei valori esatti, ma chi lo fosse è ringraziato anticipatamente ed invitato ad indicarli nei commenti .
Inoltre un maggiore numero di fasi divide il carico di potenza richiesto dalla cpu su più fronti, riducendo così l'intensita di corrente di ogni singolo vrm e la relativa temperatura. (La temperatura interna può arrivare a raggiungere i 125-150°C a seconda dei modelli, tuttavia quella esterna rilevata è bene non superi i 70- 80°C).​
Infine, essendo attraversati dalla totalità della potenza sfruttata dalla cpu, i vrm producono discrete quantità di calore e pertanto hanno bisogno di essere dissipati. Le dissipazioni sui vrm sono facilmente riconoscibili come blocchi di alluminio alla sinistra (ed eventualmente a nord) della cpu.​
CONCLUSIONE

Sperabilmente questà guida si concluderà con la soddisfazione della curiosità del lettore sul funzionamento dei componenti trattati, tuttavia si ammette che per valutare la bontà dei vrm e più in generale delle fasi di alimentazione di una scheda madre, nulla si dimostra più affidabile dei test pratici sul campo.​
Si invitano dunque gli utenti interessati, ad informarsi tramite le recensioni ed i test reperibili online per chiarire i dubbi in merito alle singole schede madri presenti sul mercato.
Annotazione 2020-07-25 001615.png
Avets.​
 
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Aggiunta breve sezione "twin mode vs doubler" :ok:
 
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