Was ist ein VRM auf einem Motherboard und warum ist es wichtig?

Für die meisten PC-Enthusiasten beinhaltet die Auswahl des richtigen Motherboards wichtige Überlegungen wie Formfaktor, CPU-Kompatibilität, Speicherkonfiguration, Konnektivitätsoptionen und Übertaktungsspielraum. Eine wichtige Motherboard-Komponente, die selbst in einem Datenblatt oft unbemerkt bleibt, ist jedoch das VRM (Spannungsreglermodul) – ein elektronischer Schaltkreis, der dafür verantwortlich ist, die Gesamtleistung eines Systems sicherzustellen Stabilität.

Um die Bedeutung dieses unterschätzten Schaltreglers einzuschätzen, werfen wir einen Blick auf die Funktionsweise eines VRM damit verbundene Komponenten, wie man zwischen einem qualitativ hochwertigen und einem schlecht entwickelten VRM unterscheidet und welche Auswirkungen es auf die CPU hat Leistung.

Wie funktioniert ein VRM?

Im Kern ist das Spannungsreglermodul auf Ihrem Motherboard (auch als Prozessorleistungsmodul bezeichnet) ein Spezialgerät Wandler (DC zu DC), der Spannungen regelt und umwandelt, um sie an die spezifischen Anforderungen der CPU, des Speichers usw. anzupassen Komponenten. Stellen Sie sich VRMs als Mini-Netzteile vor, ähnlich dem Hauptgerät, das 120 oder 240 V Wechselstrom aus der Steckdose aufnimmt und auf eine viel niedrigere Gleichspannung (12 V/5 V/3,3 V) umwandelt.

In dieser Hinsicht führen Motherboard-VRMs denselben Vorgang aus wie das Netzteil, jedoch auf einer sekundären Ebene. Ihr Hauptziel besteht darin, die eingehenden 12 V von den 8/4-poligen EPS-Anschlüssen in eine geeignete Betriebsspannung für moderne CPUs umzuwandeln (typischerweise im Bereich von 1,1–1,5 V).

Darüber hinaus spielen VRMs eine entscheidende Rolle bei der Übertragung sauberer und konstanter Spannung an jede stromhungrige Komponente in Ihrem PC und verringern so die Wahrscheinlichkeit absurder Überspannungen oder VDroops. Aufgrund ihrer stetigen Wandlungsfähigkeit ermöglichen Spannungsregelschaltungen auch den optimalen Betrieb mehrerer CPU-Generationen (mit dynamischer Kernspannung) auf einem kompatiblen Gerät Motherboard-Chipsatz.

Komponenten eines VRM

Während viele von uns den VRM als unabhängige, in sich geschlossene Einheit betrachten, steht das Akronym für eine Sammlung unterschiedlicher elektronischer Komponenten rund um den CPU-Sockel (LGA oder PGA) und DIMM-Steckplätze auf unserem Motherboard. Für Uneingeweihte: Spannungsregelkreise enthalten eine Kombination aus MOSFET-Schaltern die mit Kondensatoren, Drosseln und PWM-Controllern zusammenarbeiten, um die Leistungsphasensteuerung zu erleichtern Verfahren.

Hier finden Sie einen umfassenden Überblick über alle wesentlichen Komponenten, aus denen Motherboard-VRMs bestehen.

1. MOSFETs

MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) fungieren als isolierte Gates, die elektronische Signale innerhalb eines Spannungsregelkreises verstärken oder dämpfen. Vereinfacht ausgedrückt steuern diese Halbleiter den Stromfluss zur CPU basierend auf Signalen und Werten, die sie vom PWM-Controller-Chip erhalten.

Ein einphasiger VRM verwendet zwei MOSFET-Schalter (Low-Side und High-Side), um die Modulation der durchschnittlichen Ausgangsspannung einer Schaltung durch intermittierendes Umschalten einer Eingangsspannung zu unterstützen. Da der Schaltmechanismus hunderte Male pro Sekunde erfolgt, neigen MOSFETs dazu, große Mengen zu erzeugen Hitze, mit Temperaturen, die bei starker Belastung oder ohne ausreichende Kühlung potenziell über 150 °C liegen können.

Daher sind diese Halbleiter oft mit passiven Kühlkörpern, Miniaturlüftern oder Wasserblöcken ausgestattet, um Überhitzungsprobleme zu mindern und die Betriebseffizienz zu verbessern.

2. Drosseln

Drosseln sind würfelförmige Induktivitäten, die hochfrequente Wechselstromsignale in niedrigere Frequenzen oder Gleichströme innerhalb eines Spannungsregelkreises umwandeln. Dieses elektronische Gerät verfügt über einen donutförmigen Magnetkern, um den eine isolierte Spule gewickelt ist, und erfüllt eine doppelte Funktion Zweck – Speicherung, Filterung und Verfeinerung der Leistung sowie die Fähigkeit, die Leistungsabgabe in extremen Szenarien wie Übertaktung zu regulieren oder Überspannung.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass jede Drossel einer Leistungsphase auf Ihrem Motherboard entspricht. Je höher die Phasenanzahl, desto stabiler ist die Spannungsübertragung zu Ihrer CPU.

3. Kondensatoren

Im Gegensatz zu Drosseln speichern Kondensatoren Energie in einem elektrischen Feld und entladen den angesammelten Strom bei Bedarf schnell in angeschlossene Stromkreise. Der Hauptzweck dieser zylindrischen Komponenten besteht darin, plötzliche Spannungsspitzen zu verhindern und Welligkeiten in einem Spannungsregelkreis zu minimieren.

Im Zusammenhang mit Motherboard-VRMs und ihren entsprechenden Phasen, Kondensatoren, die temporär fungieren Speichereinheiten sammeln den von den Drosseln empfangenen elektrischen Strom und liefern die erforderliche Leistung an Ihre CPU. Jegliche überschüssige Ladung dieser Geräte wird über die Schaltungsmasse absorbiert oder abgegeben.

4. PWM-Controller

PWM-Controller (Pulsweitenmodulation) oder Treiber-ICs (integrierte Schaltkreise) erzeugen PWM-Impulse, die werden anschließend in die analogen Kernkomponenten einer Spannungsregelschaltung geleitet – MOSFETs und Drosseln. Neben der Überwachung passen diese mehrphasigen Controller die Stromversorgung der CPU dynamisch an, sodass diese auch bei intensiver Arbeitsbelastung die höchste Effizienz aufrechterhält.

Im Wesentlichen erfasst der PWM-Controller die Referenzspannung Ihrer CPU (im BIOS auch als VRef bezeichnet) und misst sie mit der vorherrschenden Spannung vom VRM Ihres Motherboards. Jegliche Unterschiede zwischen VRef und der tatsächlichen Spannung veranlassen dieses Gerät, die Signale neu zu kalibrieren und die Ausgangsspannung sofort zu modulieren.

Die Kernkomponenten eines VRM werden außerdem durch Dioden und Widerstände ergänzt, die verhindern, dass der in diese Geräte fließende elektrische Strom bestimmte Schwellenwerte überschreitet.

Mehrphasen-VRMs auf einem Motherboard

Moderne CPUs und GPUs erfordern ein robustes Stromversorgungssystem, das über die bloßen Fähigkeiten eines einphasigen VRM hinausgeht. Um einen relativ stabilen und effizienten Übertragungsprozess zu erreichen, integrieren Motherboard-Hersteller fast immer mehrere Abwärtswandler parallel und schaffen so eine mehrphasige VRM-Lösung.

Zunächst einmal teilt die gestaffelte Anordnung eines mehrphasigen VRM-Aufbaus die Last in separate Leistungsstufen auf und verteilt sie so über einen größeren physischen Bereich. Dieser ausgeklügelte Energieverwaltungsansatz versorgt die CPU mit einer sauberen und präzise geregelten Betriebsspannung und reduziert die Wärmeentwicklung und Belastung innerhalb der Kernkomponenten.

Wenn Sie ein brandneues Motherboard kaufen, werden Sie wahrscheinlich im Marketingmaterial auf die Terminologie „Phase Power Design“ stoßen, die die Zuordnung der Phasen zu den Phasen angibt PCB (Leiterplatte). Diese Spezifikation wird von Herstellern oft im Format „A+B“ (8+2) oder „X+Y+Z“ (16+2+2) angepriesen – der Anfangswert vor dem „+“-Zeichen gibt die Anzahl der Phasen an, die der CPU gewidmet sind, während sich die Kombination nach dem Pluszeichen auf andere kritische Komponenten auf a bezieht Hauptplatine. (RAM, Chipsatz, iGPU usw.).

In Fällen jedoch, in denen die tatsächliche Anzahl der für die CPU reservierten Phasen acht übersteigt, wie in Bei Bezeichnungen wie „18+2“ oder noch höher neigen Motherboard-Hersteller dazu, ein ausgetrickstes Gerät namens „a“ zu verwenden Doppler. Einfach ausgedrückt ermöglichen VRM-Verdoppler den Herstellern, die Steuersignale für eine Phase aufzuteilen und so die Anzahl der Phasen aus Steuerungssicht effektiv zu verdoppeln. Allerdings sind die Vorteile möglicherweise nicht so groß wie echte zusätzliche Phasen.

Darüber hinaus führt die Einbeziehung von Verdopplern in einen „echten“ 8-Phasen-VRM-Aufbau zu erheblichen Verbesserungen des Leistungsphaseneinstellungsprozesses bei geringeren Herstellungskosten.

Wie kann zwischen einer hochwertigen und einer schlecht entwickelten VRM-Konfiguration unterschieden werden?

Bei der Bewertung von Motherboards anhand der Qualität ihrer VRM-Konfigurationen spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Selbst wenn Sie nicht vorhaben, Ihre CPU zu übertakten, kann eine schlecht konzipierte VRM-Lösung die Leistung ruinieren Der Liefermechanismus wird erheblich beeinträchtigt, was zu Systeminstabilität, Abstürzen, BSODs und anderen offensichtlichen Störungen führt Probleme.

Hier erfahren Sie, wie Sie zwischen einer erstklassigen VRM-Konfiguration und einer, die weit hinter den Erwartungen zurückbleibt, unterscheiden können.

• Phasenleistungsdesign: Eine der einfachsten Methoden zur Bestimmung der Qualität einer VRM-Konfiguration besteht darin, die Gesamtzahl der auf Ihrem Motherboard sichtbaren Drosseln physisch zu überprüfen. Für ein Einsteiger-Chipsatz wie der AMD A620, sollten Sie maximal vier bis sechs Stromphasen unter einem Kühlkörper verbergen können. Im Gegensatz dazu nutzt ein Mittelklasse- oder High-End-Motherboard eine viel größere Phasenanzahl für die Handhabung stromhungriger Komponenten.
• Auslaufsichere Kondensatoren: Hochwertige VRMs nutzen Festkörperkondensatoren, die oft als „japanische Kondensatoren“, „dunkle Kondensatoren“ oder „Hi-C“ vermarktet werden Kondensatoren.“ Im Vergleich zu ihren elektrolytischen Gegenstücken haben Festkörperkondensatoren eine viel höhere Toleranzrate und sind weniger anfällig für Altern.
• Premium-Legierungsdrosseln: Wir empfehlen die Investition in ein Motherboard mit SFCs (Super Ferrite Chokes) oder Premium Alloy Chokes, da diese weniger Strom verbrauchen, korrosionsbeständig sind und weniger elektromagnetische Störungen erzeugen.

Natürlich ist es nicht einfach, ein Motherboard vor dem Kauf zu prüfen. Sie können es sich jedoch jederzeit genau ansehen, wenn es ankommt, und es dann zurückschicken, wenn es nicht mehr auf dem neuesten Stand ist.

Motherboard-VRMs: Der unbesungene Held des modernen Computing

Grundsätzlich kann das Konzept eines VRM recht kompliziert sein, da es eine Fülle von Fachjargon beinhaltet (MOSFETs, Drosseln, Kondensatoren, PWM-Controller usw.), die dem durchschnittlichen PC möglicherweise unbekannt sind Enthusiast. Trotz dieser Komplexität dienen Motherboard-VRMs als Rückgrat für eine effiziente Spannungsübertragung an die CPU und andere wichtige Komponenten in Ihrem PC.