У мощных видеокарт класса RTX 4080 или 4090 в среднем 17-18 фаз питания на один только GPU. Для памяти добавляют еще 3-4 фазы. Система питания построена на DrMOS-сборках (driver + MOSFET) чей рабочий ток по спецификациям составляет от 50 до 70 ампер. Зачем тогда вообще столько фаз, если суммарно выходит от 700 до 1500 ампер в зависимости от модели, когда чип в пике потребляет около 300-350 А?
Кратко о компонентах DC-DC преобразователей
Углубляться в топологию и принцип работы VRM не будем. На сайте уже есть статьи на эту тему. Правда, в контексте материнских плат, но питание видеочипов устроено аналогичным образом.
- Что такое VRM материнской платы
- Из чего состоит VRM
- Как работает VRM на материнской плате и видеокарте компьютера
- Самые важные параметры преобразователей VRM
- Различные виды VRM — какие бывают топологии и что выбрать
Главное понимать, что в топовых видеокартах разработчики уже давно отказались от компонентных преобразователей, когда DC-DC набирались из отдельных драйверов и силовых транзисторов (MOSFET). Вместо них рациональнее и проще использовать готовые сборки DrMOS. Нагрузка на такие сборки всегда непрерывная, т.к. состоят сразу из верхнего и нижнего плечей.
VRM видеокарты RTX 4080
Возьмем видеокарту GIGABYTE RTX 4080 GAMING OC, чья система питания GPU включает в себя:
- Контроллер UPI uP9512R;
- 18 сборок DrMOS Alpha & Omega AOZ5311NQI, заявленный ток 55 А.
Потребляемая мощность видеокарты в районе 320-330 Вт. На GPU приходится основное энергопотребление, а значит сила тока при напряжении около 1 вольта составит примерно 290-300 ампер. Выходит, что с 18-фазным преобразователем с рабочим током 55 А на сборку, теоретически получаем троекратный запас в 990 А.
У других моделей набор компонентов может сильно отличаться. Например, у PNY XLR8 RTX 4080 VERTO EPIC-X Triple Fan OC всего 14 фаз питания чипа с 50-амперными сборками, что по итогу дает только 700 ампер. Напротив, у ZOTAC RTX 4080 AMP Extreme AIRO вообще 24 сборки по 55 ампер — 1320 А суммарно. Зачем же такой безумный запас?
Зависимость эффективности от тока нагрузки
Дело даже не в разгоне, который в обычных условиях и близко не подберется к потолку в 700 А. Проблема тут в КПД компонентов. За красивыми и большими числами «на обложке» прячутся графики зависимости мощности от эффективности из даташитов. Страница 10 из документации к Alpha & Omega AOZ5311NQI (для открытия в формате PDF потребуется VPN):
На графике видно, что пик эффективности приходится на 12-13 А. Причем с ростом частоты КПД сборки с увеличением нагрузки падает еще быстрее. Указаны частоты 300 и 500 кГц, и неизвестно, что будет на заявленных 2 МГц. Также примечательно, что график упирается в 40 А, хотя эта модель DrMOS может работать с током 55 А. Скорее всего до 55 А сборка работает только с частотами 1-2 МГц. При этом на 40 амперах с частотой 500 кГц:
- Эффективность составляет менее 85 %;
- Потеря мощности чуть больше 7 Вт.
Для элемента с небольшими физическими габаритами это серьезные цифры.
У более прокачанных 70-амперных DrMOS Infineon TDA21570 у ASUS ROG STRIX RTX 4080 GAMING OC ситуация похожая:
Пик приходится на 20 ампер, а далее КПД падает. Пусть и не так кардинально как у AOZ5311NQI. Но производитель тут схитрил — частота указана 800 кГц, а напряжение на выходе 1.8 вольт, когда остальные в основном измеряют на 1 В.
Документация к 50-амперным Vishay SiC639, стр. 8:
Обратите внимание на график с частотой работы 1 МГц — примерно 76 % эффективности на максимальной нагрузке и 87 % на половинной. Напоминаю, что преобразователи питания видеокарт частенько работают на частотах 1-2 МГц.
Документация к
, стр.8 — эти 70-амперные сборки NVIDIA устанавливает на свои RTX Founders Edition:
Только 500 кГц при тестах и выходное напряжение 1.2 В.
И в довесок 50-амперные OnSemi NCP302150, которые тоже часто ставят на RTX 4080:
Вывод
Для примера, оптимальный рабочий диапазон популярных Alpha & Omega AOZ5311NQI, на мой взгляд — это 10-17 А, когда КПД не опускается ниже отметки 92 %. Значит, что с 18-фазной схемой питания — это как раз 300 А, что вполне соответствует аппетитам GPU RTX 4080. Но опять же, на графике показаны только 300 и 500 кГц. С более высокими частотами преобразователя эффективность будет хуже.
Из-за всех этих пертурбаций с параметрами, пользователям, которые читают обзоры и описание системы питания, часто кажется, что у VRM огромный запас. Взять даже 15 фаз с 50-амперными сборками: казалось бы, целых 750 А тока... Но есть нюанс.
Конечно, это не значит, что с такими параметрами для 4080 система питания не имеет права на жизнь. Просто надо понимать, что если в приглянувшейся вам видеокарте меньше фаз или более слабые 50-амперные сборки, то греться VRM в нагрузке будет сильнее, особенно если планируется разгон. Например, у ASUS TUF Gaming только 15 фаз Vishay SiC639, следовательно нагрузка в обычных условиях будет примерно 20-21 А на одну DrMOS, а значит их эффективность будет в районе 87-88 %.
Подводя итоги при выборе видеокарты не лишним будет поинтересоваться сколько фаз питания присутствует, производители часто экономят на компонентах и не распаивают элементы не предоставляя запас мощности.