浅析显卡供电的方方面面

在上期，我们向大家介绍了主板供电的原理、设计以及用料等内容。显卡，作为电脑中另外一个高功耗部件，在供电方面也有独特的需求。特别是顶级显卡，往往采用数字供电来满足需要。那么，显卡的供电设计又有何特点呢？目前高端显卡采用的数字供电和传统的模拟供电又有哪些不一样的地方呢？

说起供电，由于在设计上已经非常成熟，因此显卡和主板的供电设计从原理到实践都基本相同。我们已经在上一期为大家介绍了主板供电特别是模拟PWM供电的内容。在本文中，类似内容将不再过多介绍，我们将重点向大家介绍显卡上使用的供电方案的特点以及数字供电的相关内容。

本是同根生，技术是一体—显卡供电和主板供电

供电的目的是什么？当然是为了满足CPU或者GPU等部件的工作需求。没错，无论主板还是显卡，供电部分的存在，都是为了将外部电压较高、甚至不够平稳的外接供电，通过供电部分的转化，成为终能满足CPU和GPU电压和电流需求的，能够放心使用的纯净、稳定的电流。打个比方来说，供电部分就像自来水厂，它能够将不够干净、卫生的河水、湖水，处理成能够供千家万户安全使用的自来水。

相比目前依旧需要改革、发展的自来水处理技术而言，主板和显卡的供电技术显得更为成熟。目前我们可以看到，诸如线性供电、多相模拟供电以及数字供电等供电方式都成功应用在主板、显卡上。直到今天，我们还能在一些低档显卡上看到线性供电设计，而多相模拟供电早已遍地开花，成为主流显卡的标准配备。至于部分高端显卡和顶级显卡，早已开始采用数字供电设计。

目前大部分显卡依旧采用模拟供电方式，和主板模拟供电设计基本相同

需要特别说明的是，显卡和主板的供电设计原理是完全相同的。比如显卡上的多相模拟供电方案，核心依旧是PWM芯片。我们上一期向大家介绍过的所有原理和考察方法在显卡上依旧适用。诸如“实际供电相数小于等于PWM芯片可控制相数”等判断方法，依旧是分析和查看显卡供电设计的重要手段。

虽然主板和显卡的绝大部分供电设计原理完全相同，但由于显卡和主板本身的特性使然，因此这两种产品的供电设计还是有些许差异。比如显卡供电部分的料件往往较主板同类元件更小，一些产品为了满足诸如产品体积(追求“单槽”)、散热器搭配、外观设计等多方面的因素，经常会采用一些“小矮子”、“小体积”甚至“异形”的元件。

显卡PCB面积狭小，元件布置比较紧凑

另外，由于目前顶级显卡芯片的功耗越来越高，而显卡又不像主板那样可以拥有广泛的布线空间，大供电相数肯定受到制约，因此厂商往往会采用性能更出色的料件，提高每一相供电的大电流通过能力，或者干脆采用不同于常规的“异形”PCB，来增大PCB面积以布置更多的元件。CPU超频更容易达到高频，对供电的要求也更高。而显卡由于受到高频率、散热、PCB板型等诸多限制，超频幅度普遍不像CPU动辄50%那样巨大，因此在供电设计上预留幅度一般不会太多。

工作不平衡，效率有差距—模拟供电的问题

接下来，我们一起来看看目前比较常见的模拟供电设计方案和数字供电设计方案有何不同。我们依旧用自来水厂来对供电设计做比喻。很多用户可能遇到过这样的问题：一栋住宅楼，当某户将所有的水龙头开至大时，其他家特别是高层住户就会遇到水压力不足的问题，直接导致“来水少”，甚至完全没水。这种情况和模拟供电系统比较类似，模拟供电系统中的各相负载不一定是相同的。就像住户家的自来水一样，有些相负载高，有些相负载低，这样就影响了工作效率。

模拟PWM芯片无法侦测每相电路运行情况

从长期的使用和测试来看，由于模拟PWM芯片本身工作频率不高，再加上负载不平衡、元件本身内阻等原因，供电效率只能达到70%～80%，剩余的能量都被转化为热量散发了。另外，模拟供电模块不能特别精确地控制供电的电压和电流。一般模拟供电模块给出的电压和电流都是范围值，比如GPU要求1V电压，模拟供电模块只能在0.95V～1.05V之间提供，不够精确的电压为超频以及高频率的运行带来了麻烦。

优劣都明显，无需太崇拜—数字供电的优势和缺点

说起数字供电(其实这个叫法并不足够准确)，无论是传统的模拟供电，还是所谓的数字供电，其本质的区别在于对电流模拟调整方式上的不同，但工作原理是完全相同的。数字供电模块所采用的数字式PWM芯片本身拥有较高的工作频率，能够对每一相供电电路进行侦测和调节。

数字供电系统在采用排感等集约化元件的同时，也加重了散热负担，
图为Radeon HD 4890公版显卡的供电模块，元器件比较密集。

正如上文的例子，自来水厂是无法控制每户人家如何用水的，这会造成用水不均衡。我们假设自来水厂可以控制每家住户的水龙头，可以调控每家平均输出多少水量，那么就不会出现这种供水不平衡的问题。数字供电模块正是这样，它会主动去探测每相供电的工作情况，并精确控制输出的电压、电流以及每相的负载平衡。再加上数字供电工作频率更高、相应辅助用料都为高频率优化(例如放弃难以在高频率下工作的电解电容，转而使用陶瓷电容)等原因，数字供电模块在响应时间(远快于模拟供电)、控制精度(极为接近所需数值，偏移程度极小)以及供电效率(超过90%，比模拟供电高出10%～20%)上都要超出模拟供电模块。

数字供电对电压、电流侦测较为精确，
图为GeForce GTX 260+ P651版本的数字供电部分，并没有采用连排电感。

不过数字供电模块并非无懈可击，明显的劣势就是价格过于高昂。数字供电所采用的数字式PWM、连排电感和特殊的MOSFET的成本都比普通模拟式供电的料件高很多，因此我们往往只能在千元级别以上的显卡上才能看到数字供电。其次，数字供电由于集约化程度高，不可避免地带来了热量集聚效应，特别是排感和MOSFET的温度颇高，甚至常常突破100℃，相比模拟供电的60℃～80℃高出不少。这种问题在超频后更为严重，高发热甚至影响周边元件，反而成为进一步超频的阻碍。因此一些喜欢改装公版显卡散热器的用户一定要注意，在更换了原厂的供电、核心、显存一体化的散热设备后，一定要注意对数字供电部分特别是排感和MOSFET的散热，避免出现烧毁供电部分的问题。

如何判断显卡采用数字供电还是模拟供电？

正如我们在上期所说那样，PWM芯片是供电模块的灵魂，因此PWM芯片成为判断显卡采用数字供电还是模拟供电的关键依据。只要PWM芯片是数字式的，那么显卡就采用的是数字供电，周边辅助料件肯定会采用相适应的元件以发挥PWM芯片的性能。反之，PWM芯片不是数字式的，那么显卡就采用的是模拟供电设计。

排感？数字式PWM？从用料识别数字供电

数字供电在用料上和模拟供电有着明显的差别。比如使用了数字供电的显卡往往很少看到大量直立的电解电容，也没有一个一个小方块式的电感，MOSFET也变得更为小巧。的确，多相式连排电感、陶瓷电容以及特殊封装的MOSEFT的应用让数字供电模块变得更为精致、占地面积更少。从外观看，这成为了数字供电和模拟供电大的不同。

无论是数字供电还是模拟供电，核心依旧是PWM芯片。图为数字式供电PWM芯片

但实际上，数字供电依旧是以PWM芯片为核心。周边的辅助元件仅仅是为了配合PWM芯片而存在。数字供电之所以使用类似于排感、陶瓷电容等元件，主要是由于传统的电解电容、普通电感难以在高频率下工作。也就是说，只要元件合乎数字供电的工作需求，都可以应用在数字供电上。因此电容和电感的外观并不能成为判断一款显卡是否采用数字供电的标准，重要的还是PWM芯片。典型的例子是GeForce GTX 260+显卡，公版P651设计就采用了数字供电，但并未使用排感等数字供电的“特色元件”。实际上排感也无太多神秘之处，从制造的角度来看，它仅仅是将多颗分离式的电感在制造过程中按照一定的统一标准整体铸造在一起，并在用料上给予优化，能够响应更高频率的运行速度，普通分离式的电感也完全可以做到这一点。

本期看点

1.显卡供电的基本原理和主板供电完全相同，只是在用料上可能由于PCB和板型等原因存在差异化的现象。
2.数字供电其供电本质依旧是模拟供电方式，只是在控制部分和侦测部分采用了数字式，更灵敏更准确。
3.数字供电的核心是数字式PWM芯片，连排电感和MOSFET可以作为参考依据，但主要依据依旧是数字式PWM芯片。

下期预告：下期我们将给大家介绍形形色色的PWM芯片。