Karty graficzne
Artykuł
Mateusz Brzostek, Czwartek, 28 lipca 2016, 13:54

Krótko po tym, jak do sklepów trafił Radeon RX 480, niektórzy testerzy zwrócili uwagę na problem związany z wysokim poborem energii z gniazda PCI Express na płycie głównej. W niedługim czasie AMD wbudowało rozwiązanie tego problemu w nową wersję sterowników karty graficznej. Jak to możliwe, że wadę sprzętową naprawiono oprogramowaniem?

Do zasilania układów scalonych pobierających dużo energii używa się zasilaczy impulsowych (ang. buck converter, przekształtnik buck). O zasadzie działania takiego zasilacza możecie przeczytać w fachowych publikacjachSzczególnie polecamy: „Maxim Integrated, «DC-DC Converter Tutorial»”.. Charakterystycznym elementem wszystkich takich zasilaczy są cewki, które służą do magazynowania energii.

Oprócz tego do zasilacza należą pary tranzystorów, pełniące funkcję przełączników, oraz kondensatory. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że przełącznik S1 (tranzystor) „wpuszcza trochę energii” do cewki i kondensatora, gdzie ta jest przechowywana w polu magnetycznym i elektrycznym. Następnie S1 zostaje otwarty, a S2 (drugi tranzystor) zamyka obwód i pozwala energii z cewki trafić do zasilanego układu.

Ponieważ tranzystory są cyklicznie włączane i wyłączane, napięcie również cyklicznie się zmienia. Żeby zminimalizować wahania napięcia (tętnienia) oraz dać zasilaczowi możliwość przenoszenia większego prądu, stosuje się kilka równolegle połączonych układów, takich jak te z powyższej ilustracji. Każdy z nich włącza się w innym momencie, tak że włączenia są równomiernie rozłożone w czasie; w ten sposób tętnienia są możliwie małe. Wszystkie z tych równoległych układów są przełączane z tą samą częstotliwością, ale sygnały sterujące tranzystorami oraz prąd płynący przez cewkę są przesunięte w fazie, dlatego o układzie z na przykład sześcioma takimi układami sterowanymi niezależnie mówi się, że jest sześciofazowy. Stąd też slangowe określenie „faza”, które w większości przypadków jest zwykłym błędem. Można je usprawiedliwić tylko wtedy, kiedy chcemy wskazać konkretny z kilku wspomnianych układów w zasilaczu impulsowym o znanej budowie – tak jak my za chwilę zrobimy.

Odszukanie tranzystorów oraz cewek i sprawdzenie, jak są połączone, jest najprostszym sposobem na poznanie anatomii zasilacza impulsowego. Na referencyjnym Radeonie RX 480 nie mieliśmy z tym problemu:

Kliknij, żeby powiększyć

Widzimy tu cztery zasilacze impulsowe. Oczywiście, pomaga nam doświadczenie – spodziewamy się, co jest niezbędne do zbudowania karty graficznej z nowoczesnym GPU – ale nie jest konieczne. W większości przypadków duże cewki są elementami zasilacza impulsowego, bo na karcie graficznej do niczego innego nie są potrzebne. Pomiar napięcia na tej nodze cewki, która jest połączona z dodatnim biegunem kondensatora, pozwala sprawdzić, które cewki są częścią których zasilaczy:

Na zielono zaznaczyliśmy zasilacz dający napięcie zasilające GPU, domyślnie około 1,13 V. To sześciofazowy układ; liczba par tranzystorów (w czarnych obudowach z lewej strony) i liczba cewek zgadzają się z budową zasilacza. Liczba kondensatorów nie musi im odpowiadać, bo wszystkie kondensatory są ze sobą połączone równolegle. Projektanci zasilacza dobierają je tak, żeby miały w sumie odpowiednią pojemność przy zachowaniu rozsądnych kosztów i rozmiarów.

Na żółto zaznaczyliśmy jednofazowy zasilacz zasilający interfejs pamięci GPU (VDDCI). Mikrokontroler sterujący tranzystorami VDDCI umieszczono po drugiej stronie płyty. Na pomarańczowo zaznaczyliśmy układ zasilania pamięci GDDR5, również jednofazowy, dający napięcie 1,5 V. Tranzystorami zielonego i pomarańczowego obszaru steruje kontroler oznaczony turkusową obwódką. Poniżej cewek zasilacza GPU widzimy jeszcze jeden zestaw cewka-kondensator oraz niewielki układ scalony, w którym zintegrowano kontroler i dwa tranzystory. Te trzy elementy tworzą czwarty zasilacz impulsowy, dostarczający energię interfejsowi PCI Express wewnątrz GPU (VDDPEX). 

Pomiar napięcia oscyloskopem na cewkach zasilacza (po stronie połączonej z tranzystorami, nie z kondensatorem i obciążeniem) pozwala zobaczyć, jak są włączane poszczególne „fazy” zasilacza impulsowego:

Żółty przebieg pokazuje cewkę w szóstej fazie (najbliżej slotu PCI-E), a niebieski – w piątej fazie. Widzimy, że tranzystory są przełączane z częstotliwością 300 kHz i zwykle są włączone przez mniej więcej 10% czasu, ale nie jednocześnie. Niebieski przebieg jest przesunięty dokładnie o 1/6 cyklu względem żółtego. Jeśli zmierzymy w ten sposób sygnały we wszystkich sześciu układach i nałożymy przebiegi na siebieNiestety, w postprodukcji, bo nie mamy sześciokanałowego oscyloskopu., zobaczymy coś takiego:

Wszystkie „fazy” są włączane na taki sam okres, a dokładne momenty ich włączania są przesunięte równomiernie o 1/6 cyklu (60° albo π/3). Ten sposób gwarantuje najmniejsze tętnienia.

Afera z zasilaniem referencyjnego Radeona RX 480 była związana pośrednio z projektem układu zasilania. Żeby to zrozumieć, trzeba przyjrzeć się bliżej części, którą do tej pory pominęliśmy: źródłu napięcia. Karty graficzne są podłączone do zasilania na dwa sposoby: przez slot PCI Express na płycie głównej oraz przez opcjonalne dodatkowe wtyczki, i to właśnie sprawiało kłopoty na RX 480.

Ocena artykułu:
Ocen: 33
Zaloguj się, by móc oceniać
ghs (2016.07.28, 14:10)
Ocena: 24

33%
ale zaraz zaraz. jeżeli teraz pobiera więcej z wtyczki 6pin to chyba teraz karciocha łamie standard zasilania wtyczką 6-pinową :)

gniazdo 6-pin grzeje się niemiłosiernie jak tym kanałem przekazwane jest więcej niż 80-85W

czyli zamienił stryjek siekierkę na kijek

zadziwia mnie debilizm minimalnych, tzn nie krytykuje inżynierów ale CEO i zarząd że kluczowe decyzje techniczne podejmowane są na podstawie wytycznych z księgowości i działu PR.

bo czym inaczej jak nie debilizmem można nazwać zamontowanie wtyczki 6 pin na karcie która pobiera 100W więc niż gtx1060 (który też ma wtyczkę tylko 6-pin). niemożliwym jest aby karty różniące się poborem 100W (w stres) miały zapotrzebowanie które pokryje slot pci-e i 6pin.

a więc z jednej strony 6 pin zamiast 8, chociaż sama sekcja na karcie jest gotowa na 6+8pin :)

a z drugiej karta z 8gb VRAM sprzedawana jako karta z 4 gb VRAM. patrząc obiektywnie to trudno inaczej to nazwać niż debilizmem
Edytowane przez autora (2016.07.28, 14:17)
duniek (2016.07.28, 14:14)
Ocena: 11

0%
Lepiej zeby sie grzało gniazdo 6 pin niz slot. Poza tym 6 pin (3 wiązki 12V i 3 GND) potrafią przeniesc lekko 150W więc bym nie panikował
Alejajca (2016.07.28, 14:21)
Ocena: 76

0%

To nie znaczy, że porzucamy to zagadnienie: pracujemy nad rozbudowaniem swoich metod pomiarowych i nad tym, by móc lepiej zmierzyć zapotrzebowanie karty graficznej na energię.

To mnie ubawiło setnie - mam przypomnieć jaką to straszliwą machinę do testów zasilaczy budowaliście? Ile zasilaczy zostało przetestowane na Labie z jej użyciem?
ghs (2016.07.28, 14:21)
Ocena: 13

33%
duniek @ 2016.07.28 14:14  Post: 993660
Lepiej zeby sie grzało gniazdo 6 pin niz slot. Poza tym 6 pin (3 wiązki 12V i 3 GND) potrafią przeniesc lekko 150W więc bym nie panikował


wiązki przenieść to przeniosą ale co z gniazdem :)
ghs (2016.07.28, 14:31)
Ocena: 25

33%
madmax80 @ 2016.07.28 14:27  Post: 993666
A ja sie zastanawiam, kto dal cynk Tom's Hardware o tym problemie. Bo jak wiadomo, wszystkie karty biora wiecej albo mniej z PCIe. I nagle przy okazji premiery 480, sprawdzili to. Co najmniej ciekawy temat.


hmmm... może OC na poziomie 1% skłoniło TH do poszukiwania odpowiedzi?

nie sądzisz Dear Holmes?
Duchu (2016.07.28, 14:34)
Ocena: 28

0%
Samym kontrolerem zasilania nie zmniejszyli poboru mocy. Mogli go przekierować, ale jak to zbadać na działającej karcie? będziecie się podpinać oscyloskopem pod piny kontrolera?

Problem polegał na tym, że 150W karta pobierała 180W i przekroczone były parametry zasilania z PCIE i z 6pin. Zredukowali napiącia o 10% ot cała filozofia i magia. Prawa 'łoma' nie oszukają.

P.S. Sprawozdanie z labolatorium przyjmuję i oceniam na 3+, brak wniosków, brak tabelek pomiarowych, brak spisu przyrządów ;)

Pozdr.
Assassin (2016.07.28, 14:34)
Ocena: 46

0%
madmax80 @ 2016.07.28 14:27  Post: 993666
A ja sie zastanawiam, kto dal cynk Tom's Hardware o tym problemie. Bo jak wiadomo, wszystkie karty biora wiecej albo mniej z PCIe. I nagle przy okazji premiery 480, sprawdzili to. Co najmniej ciekawy temat

To był akurat przypadek, THG ma tego typu testy w swojej standardowej procedurze:
http://www.tomshardware.com/reviews/nvidia...al,4572-10.html
(inna sprawa, że nie zawsze dobrze interpretują wyniki)

Prawdą jest, że Nvidia i AMD przez swoich PR-owców na siebie wzajemnie 'donoszą' (maile typu 'przetestujcie grę X w miejscu Y - konkurencja ma tam duże problemy' ), ale tutaj to raczej nie to.

Duchu @ 2016.07.28 14:34  Post: 993670
Samym kontrolerem zasilania nie zmniejszyli poboru mocy.

Wszystko masz w tym artykule opisane. Gdyby obniżyli globalny pobór prądu, odbiłoby się to na wydajności (niższe zegary), albo niektóre egzemplarze karty stałyby się niestabilne (niższe napięcie).
Edytowane przez autora (2016.07.28, 14:37)
wuzetkowiec (2016.07.28, 14:40)
Ocena: 10

0%
Tak czy siak, po raz kolejny zachowali się jak amatorzy. Smród się rozniósł i mało kto będzie drążył temat, czy ów smród został zneutralizowany. Znowu stracili kupę kasy przez swoje amatorstwo, by nie powiedzieć, że dziadostwo w podejściu do danej sprawy. Podwórkowa firemka.
Edytowane przez autora (2016.07.28, 14:41)
Zaloguj się, by móc komentować
Artykuły spokrewnione
Aktualności spokrewnione
Facebook
Ostatnio komentowane