Mạch VRM là gì? Số Phase, Bộ nhân đôi điện áp và cách thức hoạt động?

VRM là gì? Nó được dùng để làm? Tại sao bo mạch chủ và card đồ họa cần VRM, và chúng quan trọng như thế nào? Đây là những câu hỏi mà rất rất nhiều người đã và đang đặt ra hàng ngày hàng giờ, nhất là những người đang muốn sắm cho mình một bo mạch chủ và một card đồ họa để chạy lâu dài. Câu trả lời và giải thích đơn giản sẽ có trong bài viết này và tất nhiên nó nằm ở bên dưới.

VRM là viết tắt của Voltage Regulation Modulator – Bộ điều chỉnh điện áp. Có nghĩa rằng chức năng và nhiệm vụ của VRM trên bo mạch (PCB) đó chính là đảm bảo cho CPU hoặc GPU có mức công suất cần thiết ở một điện áp phù hợp. Một bo mạch có VRM chất lượng thấp có thể gây ra nhiều vấn đề bao gồm gây tắt máy khi tải nặng, khả năng ép xung kém, hoạt động nóng hơn cho CPU/GPU, giảm tuổi thọ sử dụng và thậm chí là gây cháy nổ.

VRM hoạt động như thế nào?

Một PSU hiện đại cung cấp đường 12V cho bo mạch chủ và card đồ họa. Tuy nhiên, CPU và GPU rất nhạy cảm và không thể chịu được loại điện áp đó. Lúc này VRM sẽ phát huy nhiệm vụ mà nó vốn được trao, đó chính là điều tiết mức điện áp cấp từ 12V tới 1.1V hoặc thấp hơn và gửi nó tới GPU/CPU để các thiết bị này hoạt động một cách tốt nhất. Điều này yêu cầu mạch VRM phải hoạt động một cách chính xác, bởi nếu chỉ cần có một chút sự cố xảy ra là sẽ có nhiều sự nuối tiếc. Chẳng hạn như  đột biến điện áp có thể làm hỏng bộ xử lý, biến nó thành một chặn giấy đắt tiền. VRM bao gồm ba phần:  MOSFET, cuộn cảm (Choke or Inductor) và tụ điện. Ngoài ra còn có một chip điều khiển điều chỉnh điện áp, được gọi là bộ điều khiển PWM.

Như hình ảnh minh họa bên dưới được lấy từ PowerColor Radeon RX 5700 XT Red Devil. Phần được đánh dấu bằng ô vuông màu trắng là GPU Core VRM và hai ô vuông màu đen là VRM bộ nhớ. Phần ô vuông màu đỏ là cuộn cảm, phần màu xanh lá cây là MOSFET và phần màu xanh dương là tụ điện. Mỗi VRM cho các bo mạch chủ hay card đồ họa trên thị trường sẽ bao gồm ba thành phần này. Ngoài ra còn có thêm  thành phần SoC và VDDI (bộ điều khiển điện áp bộ nhớ) nằm ở phần phía dưới bên trái GPU và bên dưới GPU Core VRM.

VRM nhiều phase và bộ nhân đôi điện áp (doubler)? 

Hầu hết các thiết kế VRM trên các bo mạch chủ cho CPU hoặc VGA đều tận dụng nhiều phase. Việc sử dụng nhiều phase mang lại hiệu quả về năng lượng và đáng tin cậy hơn so với VRM một phase. Chúng hoạt động bằng cách phân phối năng lượng được cung cấp cho nhau, giảm tải cho các thành phần riêng lẻ cũng như nhiệt được tạo ra, nhờ đó tốt hơn nhiều so với VRM một phase. Các phase khác nhau của VRM thay phiên nhau cung cấp năng lượng cho CPU / GPU, mỗi phase cung cấp một phần nhỏ số lượng cần thiết. Điều này không chỉ cải thiện khả năng tản nhiệt và hiệu quả mà còn giúp bộ xử lý điện có TDP cao hơn một cách an toàn. Chỉ có một phase hoạt động tại một thời điểm, nhưng lượng điện năng cung cấp không đổi. Số lượng phase càng nhiều, càng có thể cung cấp nhiều năng lượng một cách an toàn, do đó làm giảm tải và giảm nhiệt cho mỗi phase.

VRM thường được đặt tên là 6 + 1 hoặc 8 + 2. Con số sáu hoặc tám phase là để cung cấp năng lượng cho CPU / GPU và con số một hoặc hai là số phase dành cho bộ nhớ. Hiện tại các bo mạch chủ trên thị trường chúng ta thường thấy có số phase rất lớn, từ 12 phase trở lên. Đây hầu hết chỉ là các VRM sáu phase sử dụng bộ nhân đôi (double) để tăng gấp đôi công suất và thường mang tính chất Marketing.

Bộ nhân đôi điện áp cho VRM hoạt động bằng cách phân phối sức mạnh giữa hai lane Mosfet, cuộn cảm và tụ điện có sẵn cho mỗi trong số chúng. Thông thường, bộ điều khiển PWM xem mỗi hai lane này được điều khiển bởi bộ nhân đôi là một. Điều này cho phép các bộ điều khiển PWM có hỗ trợ tối đa VRM  6 phase được sử dụng trong các thiết kế VRM 12 phase bằng cách sử dụng bộ nhân đôi này.

Mặc dù vẫn tốt hơn so với VRM 6 phase thông thường, nhưng hiệu quả của loại này không được như quảng cáo và so ra thì không bằng loại VRM có 8 phase hoặc 10 phase thực. Bởi chúng sẽ gây ra một độ trễ và giảm một nửa tần số của dòng điện được cung cấp. Hơn nữa, chỉ một trong hai có thể được bật cùng một lúc.  Trong khi VRM nhiều phase thực khởi động ngay lập tức hoặc lần lượt từng phase mà không gây ra độ trễ, các phase  sử dụng bộ nhân đôi gây ra độ trễ làm giảm hiệu quả tổng thể.

Hãy nhìn vào mặt sau của PCB minh họa bên dưới. Các mũi tên màu đỏ là chỉ các bộ nhân đôi điện áp, có tổng số 5 bộ nhân đôi. Thiết kế này nhìn bên ngoài là 10 phase, nhưng thực tế nó là thiết kế 4+1 theo lối double lên nên sẽ thành 8 + 2.

Nếu một bo mạch chủ hay card đồ họa có VRM 6 phase và sử dụng bộ nhân đôi điện áp, nó sẽ tốt hơn so với các bo mạch chủ khác chỉ có 6 phase trên VRM. Điều kiện so sánh ở đây là chất lượng linh kiện và thiết kế VRM tương đồng nhau. Tuy nhiên, nếu một bo mạch chủ hay card đồ họa có VRM 6 phase sử dụng bộ nhân đôi điện áp thông thường sẽ kém hiệu quả hơn VRM 7 phase hoặc 8 phase thực. Lý do như đã giải thích ở trên, đó là các bộ nhân đôi gây ra một độ trễ nhỏ cho các tín hiệu PWM.

TỔNG KẾT

Một bo mạch chủ hay card đồ họa có chất lượng tốt là một sản phẩm có mạch VRM xịn sò, đây là điều cần thiết cho việc hoạt động ổn định lâu dài ngay cả khi ở cường độ cao như ép xung.  VRM tốt cho phép tăng mức tiêu thụ năng lượng vượt quá 100% và đôi khi nó có thể cung cấp điện áp cao hơn một chút so với thông số kỹ thuật.