2015年8月27日 星期四

Skylake 主機板簡化電源線路的方法

2015年,intel 發布skylake-S做為桌上型電腦的新平台。跟上一代Haswell相比,雖然維持CPU PCH 各一的架構,但是電源(power rail)的種類變多了,使得主機板上電源線路的零件數量以及成本增加不少。

CPU 的電源而言,Haswell FIVR,所以主機板只需要提供一個VCCIN(+1.8V, VR12.5)CPU 內部會轉成Vcore, GT, VCCSA, RING, VCCIO1.0V左右的電壓,對於主機板而言,VCCIN的電壓大,電流小,所以只要三相就可以搞定一般的CPU(不超頻)。但是intel 在下一代的skylake(IMVP8) 又把這些電壓交給主機板來做,不只電壓變低電流變大,而且電源的種類也變多了。(據說把Switching 線路做在CPU 內部,導致CPU 的生產良率下降)
CPU的電源之外,Haswell 需要一個VDDQ(5V_dual1.5V)電源給DDRIII,還有一個+1.05V_PCH。所以一塊主機板上只需要三個PWM IC 即可。對於Power engineer 而言,真的是比較輕鬆。
 

Haswell FIVR 架構, (from SemiAccurate.com)


Skylake S line(桌上型電腦在用的CPU)CPUVcore GT(graphic用的),都需要IMVP8 PWM,以3+2相為標準。此外,CPU 還需要VCCIO(0.95V)VCCSA(1.05V),這兩個電源都用一般的單相buck switching power就可以。
CPU的電源之外,DDR4需要兩組電源, VDDQVPPM,而晶片組PCH 需要一組1V的電源(S5就要有電),所以標準的線路就需要6PWM IC


Skylake S-line( from Tech4gamers.com)

這裡將Haswell Skylake主機板主要的電源整理如下:

Haswell : VCCIN, VDDQ(DDRIII), +1.05V_PCH
Skylake : Vcore, GT, VCCIO, VCCSA, VDDQ, VPPM, V+1.0M(PCH)



Skylake IMVP8(from wpgholdings.com)


簡化線路的方法 : 結合不同的電源,共用一組switching power.

Skylake 由於VCCIO(0.95V), VCCSA(+1.05V), V+1.0M的電壓相近,而且實際電流遠小時規格書的標示,所以可以共用一組交換式電源。電壓調整成1.05V,在加上一些 power sequence控制就可以了。

但是在PCB layout 上,V+1.0M VCCIO, VCCSA之間隔了很重要的PCIE 的訊號線,這些線要reference ground,以維持訊號品質良好ˋ,所以V1.0M無法拉到VCCIO 和VCCSA。所以比較保守的做法就是維持各別交換式電源的做法。比較非傳統的做法是用金屬跳線,例如使用1.2mm 8公分的銅線,實際測試流過6A,壓降只有8mV

跳線的缺點是外觀上就會看到有銅線在電路板上。對於裝在機殼中的主機板而言,user 會在意這一點嗎?

至於會不會有誤碰觸到短路的問題? 當然會有,但是主機板上會因為短路會造成問題的地方到處都是,不應該拿這點當反對的理由。