芯片供电电压接近芯片阈值电压时所面临的问题和解决之道

在最先进的芯片工艺节点上，工艺变化加上定时低功耗挑战正在增加。

来自近阈值（Near-Threshold）计算的复杂问题在每个新工艺节点的工作电压和阈值（Threshold）电压非常接近的情况下变得越来越普遍。事实上，有报道称，排名前五的移动芯片公司都采用10 / 7nm的芯片，但其性能故障可追溯到工艺变化和时序问题这些源头。

一旦成为相当深奥的设计技术，近阈值计算已成为最先进的工艺节点的给定任务。为了延长电池的使用寿命和功能 - 两个相互竞争的目标 - 芯片制造商被迫使用各种可能的技术和工具。但在10 / 7nm及以上，工艺变化和复杂的定时时序正在产生与近阈值方法有关的新问题。

ANSYS半导体业务部门应用工程总监Ankur Gupta表示：“10 / 7nm低压角落的工作电压低于600毫伏，即使不低于500毫伏也不超过600毫伏。 “然后，为了节省电力，这些设计中使用了很多高Vt单元，而且这些单元的阈值电压通常为300毫伏。这使我们坚定地进入了近阈值计算领域，因为您的电压余量较低，现在您不得不将您的电压余量从过去常见的10％降至5％，降至5％以下。“

芯片设计近阈值（Near-Threshold）

所有这些都表明，近阈值计算今天就在这里，他说。 “这不是遥远的未来，而是现在正在发生的事情。我为什么要担心呢？因为在过去八个月中，由于芯片出现了性能故障，我们被五大移动CPU制造商招呼过去，因此设计用于特定频率的芯片的硅芯片的测量频率也比他们认为的设计目标要低10％左右“。

在设计中考虑这一点可能会让设计团队感到愤慨。 “我已经获得了我的模型，我正在运行我所有的签名工具，我正在做EM / IR以及正确的定时时序检查，”Gupta说。 “但是为什么我在硅片上看不到正确的性能？”

芯片工作电压接近芯片设计近阈值（Near-Threshold）

这里有两个可能的答案。 “一个是工艺变化。当你进入近阈值计算时，工艺变化的影响是非高斯的，它们必须要被非常准确地建模。以像LVS这样的标准文件格式进行建模不够准确。这不是一种满足硅芯片准确性要求的建模方式。其次，近阈值计算时电压和时序的影响是相当显著的。“

简而言之，在每个新工艺节点上，电源正变得更加棘手。 Moortec首席技术官Oliver King说：“近阈值设计带来了新的挑战，因为很多系统性能统计参数变得更非高斯。 “这意味着需要仔细考虑仿真结果。此外，根据定义，近阈值设计意味着设计几乎完全不起作用，因此对工艺过程，电压和温度的监控变得至关重要，以确保可以在供应中进行调整，并且要把工艺波动和温度考虑在内“。

在finFET工艺节点上，电源的供电电压比阈值电压降低得更快，导致电路设计人员的供电裕度减少。 Moortec首席执行官Stephen Crosher解释说：“除此之外，并且随着布线密度的增加，互连线正变得越来越薄，这会推高寄生电阻和电容。 “所有这一切都是门极（gate ）密度的急剧增加所引发的，当我们通过向下移动到新的工艺节点时，这本身会增加单位面积的功率。”

制造工艺过程中的变化始终是一个问题，并且设计流程已经发展到最大限度地降低设计风险以抵御这种变化，通常通过设计非常悲观的角落用例来实现的。 “此外，随着finFET工艺的出现，以及允许当前主要工艺节点上出现高密度的制造方法，工艺波动变化的正在以不同方式体现出来，”Crosher说。 “尽管如此，由于这些节点上生产数据的可用性有限，现在说我们已经完全了解工艺过程变化的局部效应影响还为时尚早。”

Arm首席设计师技术营销总监Leah Schuth提醒设计师应该了解的第一件事是他们可以使用哪些模型以及用于开发这些模型的假设条件。 “解决工艺变化的两种主要格式是高级OCV（AOCV）和Liberty Variance Format（LVF）。但是这些格式并没有定义统计的西格玛（sigma）值，分布，矩量（moments）（矩量（moments）代表变化的非对称性或者非高斯行为），因此，任何设计师使用的模型都可以基于基本假设和由产生模型的小组所做出的选择“。

“当您查看电压接近阈值时的工艺和电压变化分布时，您会看到非高斯分布。现有的模型（如AOCV和LVF）并不代表非高斯行为。然而，业界已经意识到了这一点，Arm正在帮助推动新的建模参数。设计师必须了解LVF模型的内容，是否建模，以及在使用LVF作为其实施的一部分时必须考虑到这一点。在低电压设计下使用没有考虑矩量的LVF模型可能会对设计的直通率以及应该考虑到的额外余量产生重大影响。不管给定设计的电源电压如何，电网的重要性怎么说都不过分！不同的FinFET工艺在单元结构和最佳电网选择之间具有不同的相互依赖关系。一些电网挑战与严格和/或复杂的设计规则有关。然而，电网设计是一个关键的设计元素，可以限制小尺寸几何范围内各种温度下的导线电阻的影响，以及从一个FinFET节点到下一个较小的FinFET节点的导线和VIA电阻的显着增加“，她说。

近阈值计算。最小能量点通常略高于阈值电压。来源：Arm / Qian Yu

使用近阈值计算进行设计

尽管近阈值绝对是降低功耗的一个选择，但它不能降低无线收发信机的功耗，Fraunhofer EAS系统集成部门经理Andy Heinig说。 “为了降低这两个组件的功耗，协议的影响更大。”

另外近阈值方法也不是免费的。他们需要大量的分析。

“在我们之前使用的较大工艺节点上，所有的分配都与预期完全一致，”Cadence的定制IC和PCB组高级主要产品经理Seena Shankar说。 “这是相当可预测的，我们有这些完美的高斯分布。但是现在有了先进的节点，我们面临着新的挑战，主要是与极低和接近阈值电压有关。工作电压超低，现在我们看到变化的性质非常不同。统计参数现在呈现非高斯分布。参数对测量的灵敏度是非线性的，测量的分布是非高斯的，所以在接近阈值或低电压设计时我们面临许多挑战。我们必须弄清楚如何处理所有非高斯分布。“

这使模拟特别具有挑战性。 “之前，我们使用片上变化模型，然后我们转向先进的OCV，然后最终每个人都同意采用LVF格式，现在在库中捕捉变化，”Shankar说。 “但是，随着变化的非高斯行为，我们不得不寻找生成变异数据的新方法。”

电磁对芯片性能会产生影响

对定时（Timing）的影响

定时（Timing）不能免受近阈值电压的影响。实际上，接近阈值电压意味着例如电路开始从1变为零或从0变为1的点。根据Synopsys公司StarRC提取和设计中轨道分析（ In-design Rail Analysis）的产品营销总监Ruben Molina的说法，在全轨电压应用中，这些电路的输入有时间达到轨道电压，而远高于阈值电压。

“电压通常是非常线性的，当它超过阈值电压时，它有时间来稳定在Vdd，”Molina说。 “如果电路工作在1伏特，阈值电压为0.6伏特，边缘在转换该阈值电压时是相当线性的，通常会达到电源电压并且是稳定的。现在，对于电路电压实际上非常接近阈值电压时，这些信号 - 特别是如果您尝试以高频率切换时（比如1 GHz或类似的频率），这些信号刚刚开始增加，在达到这个阈值电压之前，它甚至还没有达到尖锐的边缘。“

这样，信号就不是非常线性的。 “它仍然有点像正在爬坡，当它达到电路的实际Vdd时，它会以这种方式继续下去，”他解释说。 “例如，一些芯片代工厂正在使用诸如0.55伏特的7纳米设计。它甚至不接近1伏特。所以在电路开始转换之前，信号并没有真正有机会转换到轨道电压。当电路正在转换时，输入非常浅（波形看起来非常浅），那么任何类型的工艺变化或任何类型的变化，无论它们是电压变化还是工艺变化，都会对操作产生更大的影响，因为信号仍然处于这种“无人区（no-man’s land）””。

所有这些都会对定时（Timing）有着相当剧烈的影响，特别是对于还没有真正达到从零转换到一个状态的电路来说。因此，它处在对噪音等非常敏感的区域。

“再一次，这可能是由于设计中的电压变化以及由串扰效应引起的其他信号所产生的噪声。所以当有人试图设计这些接近阈值的运算电路时，你不能真正将这些电路看作是数字电路。你真的在谈论的是数字工具中的实际波形建模。“

这是先进的波形传播技术可以发挥效果的地方，它们被用来模拟波形的形状，因为它们不能再像数字电路那样对待了。它们比以前更加具有模拟性了。

考虑接近阈值时对芯片设计的影响

基于接近阈值电压影响的程度，设计团队现在必须从设计的一开始就处理这个问题。

“让我们假设你正在构建一个拥有100万比特位（bits）的芯片，100万个比特单元（cells）或存储元件，”eSilicon知识产权工程副总裁Deepak Sabharwal说。 “每个比特单元（bit cell）都是6个晶体管，所以你有600万个晶体管代表每个芯片上的存储器。现在你考虑设计电路，以便在这600万个晶体管上发生的任何变化都应该被覆盖。你不能指望代工厂会制造这600万个晶体管时它们将会是完全相同的，这是不可能的。因此，如果制造过程中出现的这些变化导致这些器件的强度发生变化，无论是在饱和电流还是阈值电压方面发生变化，现在都会给您带来一些比以往更弱的晶体管，比方说，你的芯片中间。“

用归一化的高斯分布，大多数数据点落在中间，边缘周围有一些异常值。这决定了包含多少裕量，最终的数字取决于设计师的经验以及来自模型和工具的数据。

“从一开始，设计师所做的就是确定尾部比特器件的强度，然后放入裕量，以便芯片在遇到尾部位元时仍能成功。”Sabharwal说。 “经验在这里起着巨大的作用。今天，代工厂为您提供设备型号。他们代表角落模型，过去你被告知角落模型正在捕捉他们将在设备中为你制造的极端事物。但事实不是这样。今天，你有角落模型，你还可以获得两种类型的变化模型 - 全局和局部。所有这些东西加起来，这种分析都是经验驱动的。你必须确保你有足够的设计裕量保证，以便你可以在晚上睡得着觉，而且你还必须确保你不会因为没有投入太多额外的区域而杀死你的产品。“

Helic公司营销副总裁Magdy Abadir表示，最终，接近阈值电压会降临到边缘。 “在接近阈值电压的情况下，一切都像生活在边缘，而制造误差的裕量不是设计师的错误。设计团队不应该受到责怪。错误更多地与他们正在使用的模型以及他们正在使用的工具有关。而且，制造商表示他们打算制造的东西变得看起来不同，这种工艺技术并不完美，同时有上面所说的各种各样变化。”

这些变化也不在车道中心运行。无论是从功率的角度来看，还是从性能的角度来看，它们实际上都有可能是在车道的边缘进行操作的，或者两者都有。

“你在边缘进行操作，这意味着只要有一点滑落，你就会掉下去。这在定时（Timing）上尤其如此，“Abadir说。 “定时（Timing）错误是灾难性的，它们不像功率错误。当我估计这个特定区块的功耗是X时，使用差模型是因为事情并不完美，实际功率数值可能会有所不同。但是，由于错误有时可能是双向的，而功耗是总和，所以当总结所有设备和所有块的总功耗时，您可能会遇到一些优缺点，有些可能会有点偏差，但如果你有足够的裕量的话，你可能会没事的。而定时（Timing）却是不一样的。随着定时（Timing），你依赖于每个路径在他们试图锁定的时钟周期内进行计时。如果其中一个发生故障，或者在建模时出现问题，或者出现串扰或来自任何信号源的电磁干扰或工艺变化，则其中一个故障会使时钟出现错误，从而导致信号丢失。当发生这种情况时，信号将无法在正确的时间到达，并且您得到错误的值，并且您必须减慢时钟速度以捕捉这个迟到的信号。在整个设计中，一个滑落就可能会使您的整个频率出现错误。即使在数十亿次的成功中，所需要的只是其中一个单元存在一个错误的模型，出现不好的EM串扰，并且无论发生什么情况，有很多原因会导致失效会发生。“

EDA的负担

ANSYS公司的Gupta表示，这将要求EDA非常重视高度准确性 - 比Monte Carlo准确 - 认为高性能的工艺变化预测比SPICE预测快100倍。这种技术可以创建精度在Monte Carlo SPICE的2％以内的晶体管模型，从而可以运行数以万计的关键路径，并且可以分析真正的硅芯片行为，从而了解真实的裕量。

Moortec的Crosher补充说，准确的PVT监视器是实施设计优化的关键。 “我们都知道CMOS逻辑的功耗和电源电压之间的关系。能够将电源减少百分之几的基础上，特定芯片的工艺点，再加上允许的环境条件，将导致节省值得的功耗。吞吐量性能也是如此，如果给定的时钟速度可以通过较低的电源电压来满足。“

最后，对于诸如噪声之类的干扰，Synopsys的Molina表示，一种选择是尽可能使电网健壮。 “这可能意味着过度设计电网的宽度，以尽量减少动态IR压降问题。有些人会尽量通过偏移时钟来尽量减少其动态IR压降，因此并非所有电路都在同时转换，并非所有触发器都同时切换。这扩大了电路的当前需求并且允许较少的动态IR压降。如果您尝试在阈值电压附近进行操作以节省功耗，我认为在电路设计/标准单元设计级别上可以做很多事情来帮助实现这一目标。这对于建模来说确实是一个挑战，它将这些信号几乎看作是模拟信号。“

EDA供应商对确保芯片设计的成功重任在肩

尽管在代工方面有大量的认证，但它实际上落在了EDA供应商身上，因为EDA供应商试图帮助设计师确保他们能够正确捕获这些影响，他总结道。

（完）

小菜硬件杂谈 带你了解神秘的显卡供电

显卡最重要的部位是什么？可能大部分人觉得是GPU，毕竟显卡起到显示功能的元件就是GPU，但在我看来，显卡的供电部分和GPU有着同等的重要性，如果说GPU是显卡的“大脑”，那么供电部分就是显卡的“心脏”。没有“心脏”作为基础，“大脑”再强大也是无法工作的，所以说显卡的供电部分也是不容忽视的。此外，供电的设计也会影响到显卡的性能，强大的GPU需要强大的供电系统去支撑，这也是同芯片顶级显卡和普通显卡的主要区别之一。

显卡GPU运行所需要的说白了就是合适的电压和电流，而显卡的供电系统的主要作用就是通过调压、稳压以及滤波等工作，让GPU获得稳定、纯净及大小适中的电压和电流。那么供电部分都是哪些元件起到完成相关工作的作用呢？我们今天就来聊聊显卡供电部分的元器件，让大家对显卡的供电有个全面的了解。

首先我们需要对供电系统有个全局性的了解：显卡上应用的供电系统分为三种，分别是三端稳压电路、场效应管稳压电路及开关电路，这三种电路的工作模式都是采取降压工作模式，即输出电压总是低于输入电压。三端稳压电路历史悠久，是一种比较简单的显卡供电系统。该电路仅需要一个集成稳压器即可工作，但可提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，像GPU这种对电流电压要求较高的元件无法被其所带动，因此在现在的显卡上主要用途是对DAC电路或者接口进行供电。

场效应管稳压电路

场效应管稳压电路也是一种很早便出现在显卡上的供电系统，这种供电系统主要由信号驱动芯片以及MosFET组成。该电路系统有着反应速度快、输出纹波小、工作噪声低等优点，并且成本较低，但场效应管稳压电路的转换效率较低而且发热量巨大，不利于产品的功耗和温度控制，因此其多用在显存的供电电路上，而且主要是低端显卡产品所采用，随着科技的进步，这种供电系统已经淡出大家视野了。

三端稳压供电芯片

三端稳压电路同样历史悠久，也是一种比较简单的显卡供电系统。该电路仅需要一个集成稳压器即可工作，但可提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，像GPU这种对电流电压要求较高的元件无法被其所带动，因此在现在的显卡上主要用途是对DAC电路或者接口进行供电。

开关电路系统

最后说说开关电路系统，这也是目前应用最广泛的显卡供电系统。对于GPU来说，前两种供电系统显然满足不了它的高负载需求，所以显卡制造商们采用的是更为先进的开关电路。开关电路是控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种供电系统，主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成。该电路系统发热量低，转换效率高，而且稳压范围大、稳压效果好，因此成为显卡的主要供电方式。接下来我们就为大家讲解开关电路系统内元器件的作用和识别方法，让大家可以做到简单的显卡PCB分析。

开关电路的工作原理

显卡开关电路工作原理图如下所示，首先PCI-E接口和辅助供电接口提供了12V的电压输入，为了保证电流的稳定性，首先需要经过一个较大的电容进行滤波，经过滤波后进入由PWM芯片控制的电路。由于12V是不可能直接输入到核心的（GPU的工作电压为1.2V上下），此时必须进行必要的降压，而PWM所控制的MOSFET管进行相应的调节，通过打开上桥关闭下桥，然后关闭上桥打开下桥这样不停地操作，可以产生特定频率的波形电压，而波形电压的频率会影响到其电压值，通过PWM控制好所需要的电压，即可生成需要的输出电压值。

开关电路工作原理图（图片来自互联网）

虽然得到了合适的电压，但这样子出来的电流是一波一波断开的，这个时候就需要使用到电感的储能作用，通过大容量电感的充电放电作用，生成倾向于直线型的电压，最后流经小容量电容组成的输出滤波电容，即可输出理想的GPU电压。PWM的作用就是控制每相供电的电压微调节，以求精确的达到控制的理想电压值；电容的作用是稳定供电电压，滤除电流中的杂波，让电流更为纯净；电感线圈则是通过储能和释能，来起到稳定电流的作用。

GTX 1050和GTX 1070非公版产品供电系统对比

虽然从电路工作原理上来讲，开关电路做的越简单越好，因为从概率上计算，每个元件都有一个“失效率”的问题，用的元件越多，组成系统的总失效率就越大，所以供电电路越简单，越能减少出问题的概率。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，发热量会很恐怖，而且花费的成本也不是小数目，所以几乎所有的显卡都采用多相供电设计。

主板的供电系统同显卡大同小异

多相供电的好处很多，第一，可以提供更大的电流；第二，可以降低供电电路的温度，因为电流多了一路分流，每个器件的发热量自然减少了。多相供电电路可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流，以维持各功率组件的热平衡；第三，利用多相供电获得的核心电压信号也比单相的来得稳定。多相供电的缺点是在成本上要高一些，而且对布线设计、散热的要求也更高，因此越高端的产品所用的供电相数越多。介绍了开关电路的构成和工作原理，我们接下来聊聊构成开关电流的元器件。

电容和电感的作用

供电系统元器件中必须要提的自然是电容和电感，这也是衡量显卡用料是否扎实最明显的判别标准。电容全称电容器，是一种储存电荷的元器件，广泛应用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换以及稳压等方面，而显卡中的电容起到的主要作用是滤波和稳压 。电感全称电感器，是一种能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，广泛应用于电路中的通直阻交、调谐、筛选信号、过滤噪声、稳流及抑制电磁波干扰等，而显卡中的电感起到的主要作用是稳流 。

显卡PCB上供电系统局部图

上图为索泰GTX 1080 PGF 玩家力量至尊的PCB局部图，其中写着“AIO”字样的长方体就是电感，这正是我们判断显卡供电相数的标准，因为显卡上所用的电感基本都是个头较大的长方体，因此很好辨认。以该卡为例，有16颗电感排成一列，还有3颗排成一排，因此我们说该卡采用16+3相供电设计。电感按照结构可分为线绕式电感和非线绕式电感，一些比较老的低端显卡采用的是线绕式电感，现在几乎所有的显卡采用的都是非线绕式电感。

G337钽电容

在AIO电感旁边的那些圆柱体就是电容，其名为铝电解电容，其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中。在铝电解电容的另一边的那些中间黄色两边白色的“小豆豆”也是电容，和上图这种黑色的电容都算是电容中的贵族，叫做钽电解电容。钽电容的性能优异，是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品，在电源滤波、交流旁路等用途上少有竞争对手，可以大大提高电流的纯净度，但造价相对昂贵，因此钽电容的使用量也标志着显卡是否高端。

看到这里可能有的网友会问，那么为什么电容能够滤波稳压，电感能够稳流呢？如果您真的对元器件的原理感兴趣，推荐你去查查高中物理教材或者百度一下，里面有对电容、电感乃至电阻等元器件进行详细的原理介绍，考虑到我们这篇文章只是教大家一些基本的概念和元器件识别方法，吉吉我就不为大家展开这些深奥的东西了。

MOSFET管的作用

MOSFET管是金属-氧化物半导体场效应晶体管晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的英文简称，是FET管的一种，在不致混淆的情况下，我们一般就直接叫它MOS管。MOSFET在显卡的供电系统中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、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，因此比双极型晶体管和功率晶体管应用更为广泛。

采用一上两下布局的MOSFET管

MOSFET管一般以两个或两个以上组成一组出现在显卡上，分为上下两组，称为上桥和下桥。上桥MOSFET承担外部输入电流，导通的时间短，承担电流低；下桥MOSFET承担的是GPU工作所需电压，其承担的电流是上桥MOSFET的10倍多，导通的时间比上桥长很多。因此，一般下桥MOSFET的规模要大于上桥MOSFET，如上图所示，上桥MOSFET管只有一个横向的，而下桥却有两个纵向的，这种一上两下的设计是显卡MOSFET排布中的经典布局。

上下两桥的MOSFET管工作时就像水塔，上面在灌水，下面在放水。水塔快满的时候就停止灌水（MOSFET上桥关），水塔快干的时候就开始灌水（MOSFET上桥开），这样底下持续放水的流量就会趋向稳定，GPU就能得到平稳的电压，有利于性能的发挥。

整合型MOSFET管

除了常见的一上两下分离式MOSFET管布局外，还有一种整合式的MOSFET也很常见，这种MOSFET被称为DrMOS。DrMos技术属于intel在04年推出的服务器主板节能技术，其上桥MosFET以及下桥MosFET均封装在同一芯片中，占用的PCB面积更小，更有利于布线。DrMOS面积是分离MOSFET的1/4，功率密度是分离MOSFET的3倍，增加了超电压和超频的潜力。应用DrMOS的主板能拥有节能、高效能超频、低温等特色，其工作温度要比传统的MOSFET管温度约低一半，但成本相对较高，因此现在多由于高端显卡产品上。

映众的供电散热模块

细心的玩家可能会注意到，一般显卡的MOSFET区也有相应的散热装置，要么是散热垫，要么像映众冰龙那样专门做一个主动散热模块出来。这是因为MOSFET管的发热也很大，如果不做好散热很容易在显卡高负载运行时烧穿。说到这里我们需要提一下，DrMOS由于承受温度的能力比MOSFET更高，因此一旦烧损，极大的可能性会烧穿PCB板，导致显卡无法返修；而MOSFET由于承受温度的能力较低，因为过热烧毁时，往往不会破坏PCB，通过更换MOSFET就可以修理。总之，给MOSFET做好散热是制造一块好显卡必要的步骤。

PWM芯片的作用

最后我们要介绍的是PWM芯片，PWM芯片全称脉冲宽度调制芯片，该芯片根据相应载荷的变化来调制MOSFET管栅极的偏置，来实现MOSFET管导通时间的改变，通过改变脉冲调制的周期来控制其输出频率，从而实现开关稳压电源输出的改变。PWM芯片的选择与供电电路的相数息息相关，产品拥有多少相供电，PWM芯片就必须拥有对应数量的控制能力。

台湾力智uP9511P 8相PWM芯片

PWM芯片直接连接MOSFET，在特定的电压下可以让电流通过或断开，因此有点像电路的开关，这也是开关电路名字的由来。PWM就是控制MOSFET来决定要不要让电流通过，当MOSFET上桥开下桥关的时候，电流就可以通过，当MOSFET上桥关下桥开的时候，电流就过不去。一般来说一排MOSFET都由一颗PWM芯片控制，但PWM芯片可控的相数与显卡的供电相数并不一定是一一对应的。

举例来说，上图是一颗比较高端的8相PWM芯片，我们熟悉的GTX 1080 Founders Edition便采用的这枚芯片，GTX 1080的供电相数为6相；但uP9511P完全可以控制显卡上的16相供电，堆料王索泰就用其控制了GTX 1080 PGF上的16相供电，可见该芯片的素质是非常过硬的。

常见的R22大电流电感

前文说到了多相供电的好处，我们现在以旗舰级显卡为例详细解释一下。就说说刚发布的GTX 1080 Ti Founders Edition，该卡的TDP为250W，按GPU功耗占整卡7成左右算，GP102-350核心的功耗为175W，以运行电压1.2V算，电流量是146A，如果采用单相供电，能承受这么大电流的电感的体积非常巨大，并且发热量也是非常惊人，这对于小小的显卡PCB来说显然是不合理的。

豪华的10+2相供电设计

而如果采用多相供电设计，在PWM芯片分流后，每相供电仅分配到较小的电流，不仅电感体积合理，发热量也可以得到控制，整体输出也会更平稳，因此显卡需要多相供电，TDP越高的GPU对供电相数的需求越多。此外，供电相数越多也就意味着显卡可以承受更高的负载，换个说法就是显卡可以冲击更高的频率，这也是为什么各家的旗舰级非公版显卡都有着夸张的供电相数设计，并且有着远超公版的频率的原因。

相信通过上面的介绍，大家一定大致了解了显卡供电系统的构成和原理了，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。我们今天的小菜硬件杂谈就到这里，欢迎大家持续关注本栏目，我会不定期为大家带来硬件的相关趣闻和知识，我们下期见！

相关问答

芯片发热会烧吗?

1、芯片内部有器件短路,导致芯片供电电流增大。2、芯片外部供电电压升高,导致芯片供电电压电流同时增大。3、散热不好且长时间大负荷工作,导致芯片发烫。4...

六脚电源芯片各脚电压?

一般情况下,六脚电源芯片各脚电压分别是:1脚的电压是2.8v(误差放大器补偿。2脚的电压是2.6v(反馈输入)3脚:开关管电流检测(过流保护),电压是0.08V...一般...

蓝牙芯片的供电电压是多少?

蓝牙芯片是为了“锂电池”供电的场景而生的,所以18脚命名为“VBAT”,意思就是电池供电。所以芯片最佳工作电压在4.2V之间,直接接5V也完全无压力。所以他支持...

为什么给芯片供电要两路电?

芯片供电要两路电的原因是为了提供更加稳定的电压和电流,以确保芯片在工作过程中不受到电压的波动和干扰。通过采用两路电供电,可以实现电路的冗余和备份,一...

电子标准电压?

你好:——★1、常用的电子电路,带有控制芯片的电路(如:彩电的控制芯片、微波炉控制芯片等)常用的芯片供电电压为5V。——★2、其他电路的常用电压为12V(...

5V电压会烧芯片吗?

一般情况下,5V电压不会直接烧毁芯片。因为大多数芯片都能够耐受5V的电压。然而,如果电压超过了芯片的额定电压或者在电压突然变化的情况下,芯片可能会受到损坏...

如果我用一个电源芯片转化得到普通的3.3V电压(芯片说明,没...

[最佳回答]模拟和数字的概念要搞清楚,模拟是连续的,数字通常就是高低电平信号,之所以模拟地和数字地要分开原因就是担心两总信号之间的干扰.举个例子说吧,你的...

开关电源芯片uc3845供电电压多少伏?

1开关电源芯片UC3845供电电压为12伏。2UC3845芯片的设计工作电压通常为12伏,这是因为在大多数应用中,12伏是常见的电源电压。UC3845芯片在12伏的工作电压下...

sw5516芯片灯条输出电压是多少伏?

输出电压是2.4V,与灯条的额定电压相等。输出电压是2.4V,与灯条的额定电压相等。

主板北桥基本电压为多少?-ZOL问答

1,主板北桥基本电压为12V/24V。2,主板北桥,即指主板上的北桥芯片,北桥芯片在主板上的位置,一般比较靠近CPU,这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切...