Дорогие читатели этот материал скорее ознакомительный…
Компьютеры с каждым годом наращивают скорость обработки информации, производительность и программное обеспечение, что в свою очередь вызывает увеличение потребляемой материнской платой мощности и соответственно увеличивает мощность блоки питания. Первым этапом было простое увеличение мощности, особенно для питания логики +5 Вольт. Следующим этапом стало добавление +3,3 Вольт для питания процессора и скоростной логики, но оказалось и это не избавило от главной проблемы – питание процессора и видео процессора.
Дальнейшему повышению производительности двух основных блоков стало соотношение МОЩНОСТЬ-РАБОЧАЯ ЧАСТОТА!
И самое основное влияние на это соотношение оказывает паразитная емкость монтажа, как печатного монтажа печатных плат так и разводка проводников внутри процессоров и других микросхем. Современное трассировочное оборудование позволяет изготавливать проводники минимального сечения, минимальной длины и соответственно ёмкость проводников и монтажа снижена до минимума.
И первым этапом повышения производительности стал переход на напряжение питания процессора 3,3 Вольта. Теперь надо разобраться, почему потребовалось снижение напряжения питания.
Для начала надо разделить состояние микросхем ( процессор – это тоже микросхема, только очень большая !!! ) на две ветви: статический режим и динамический режим.
В статическом режиме логические элементы не изменяют своё состояние и ток потребления минимальный, в динамическом режиме элементы логики переключаются согласно рабочему алгоритму программы и вот здесь логические элементы начинают потреблять ток и соответсвенно мощность. Но чем вызвано увеличение потребляемого тока? Давайте разбираться!
Начнем разбираться, что это такое и как её уменьшить.
Все проводники имеют определённые размеры и расстояние между собой. Согласно формуле емкость между проводниками прямо пропорциональна площади проводников и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками. Вот это и есть паразитная емкость монтажа. На данном этапе развития компьютеров, уменьшать толщину проводников не позволяют технологии, а увеличивать расстояние между ними вызывает увеличение габаритов.
А как паразитная ёмкость влияет на потребляемую мощность? При изменении логического состояния из нуля в единицу сигнал с выхода поступает на заданный вход по проводнику и одновременно происходит заряд паразитной емкости проводника и на это затрачивается энергия, она очень маленькая ( даже представить тяжело какая она маленькая ).
И после окончания импульса происходит её разряд. Энергия тоже маленькая, но складываем все линии и умножаем на рабочую частоту… Цифра получается солидная и самое главное, что вся эта энергия – это тепло!!!
Вот и получается, что миниатюризация и сжатие монтажа, как печатных плат так и внутреннего топологического монтажа внутри микросхем подошла к пределу, а количество тепла возросло во много раз остался один путь – снижение напряжения питания.
Паразитную ёмкость сократили до предела, остается снижать напряжение, а здесь квадратичная зависимость и очень значительная.
При снижении напряжения питания с 3,3 Вольта до 1,0 Вольта получаем выигрыш по мощности практически в 10 раз!!! И при той же тепловой мощности получаем выигрыш в производительности!
Но чтобы получить 250 Ватт для питания процессора или 60 … 100 Ватт для видео карты требуется существенная переработка блоков питания, а вот здесь очень солидный подводный камень спрятан и даже не один!!!
Сделать источник 1,0 Вольт с рабочим током 250 Ампер в серийном ( миллионным тиражом ) исполнении задача практически непосильная для покупателя и КПД будет низким. А самое главное все блоки питания +12В/+5В/+3,3В отработаны и зарекомендовали себя. Плюс не надо делать шинопроводы на 250 А и 100А.
Достаточно подать +12 Вольт на материнскую плату, а на ней уже поставить необходимое количество маломощных ( это понятие относительно) преобразователей вокруг процессора и рядом с видеокартой. И +1,0 Вольт обеспечили и 350 Ампер нагрузки обеспечили
Вот такая эта ПАРАЗИТНАЯ ЁМКОСТЬ!!!
Желаю всем Счастья, Удачи, Здоровья и Творческих Успехов в Новом Году!!!
