Il mercato delle scheda madri comprende una vasta gamma di socket e chipset, e per un neofita rappresenta un mondo abbastanza complesso in quanto l’utente in questione non sa come intervenire sulle numerose variabili da esaminare. Una delle variabili più importanti da esaminare è la qualità ed efficienza dei VRM e della circuiteria della scheda madre.

Le fasi di alimentazione della CPU sono gestite dal VRM (acronimo che sta per voltage regulator module). Possiamo considerare i VRM come dei mini alimentatori i quali hanno il compito di modulare la corrente in ingresso che arriva a 12V portandola (solitamente) ad un valore compreso tra 1,1 V e uno 1,3 V (la tensione necessaria al processore e alle memorie ram per funzionare correttamente).

I VRM sulle schede madri si basano sulla conversione della Corrente Continua in altra Corrente Continua e per questo definito Convertitore DC-DC (Direct Current to Direct Current) o Convertitore step-down (buck).

Partiamo quindi dalla base: arriva nel nostro PSU una corrente alternata con un valore efficace di 230V +/- 10% ad una frequenza di 50Hz +/- 1% (definito per normativa europea), dal PSU in poi questa corrente diventa corrente continua a 12V che passerà per il VRM fino ad arrivare alla CPU come 1,2V. La corrente alternata è un onda sinusoidale con un ampiezza e un intensità variabili a differenza della corrente continua che è più simile ad una linea retta.

Nelle specifiche tecniche raramente sono riportate i valori reali, doppi e la composizione dei VRM. Si deve tener ben presente che tali valori non sono destinati univocamente per le CPU ma anche per la circuiteria, iGPU e RAM. Tutte le motherboard sono composte da un “Main VRM” e da un “Minor VRM”.

Ci sono delle differenze tra schede madri AMD e Intel. Il main VRM nelle MB AMD è costituito da un V-Core (i VRM regolano la tensione per la CPU) e da un V-SoC (i VRM regolano le tensioni per la iGPU e nel resto della componentistica); mentre nelle MB Intel il main VRM è formato dal V-Core (V CC) e dalla V-iGPU (V CC GT). Il minor VRM nelle schede madri AMD è interessato alla V-DRAM (i VRM regolano la tensione per le RAM) mentre nelle motherboard Intel il minor VRM è diretto al V-CCIO (V TT, controller per le RAM) e dal V-CCSA (migliora la stabilità del sistema in OC).

Tanto per cominciare i VRM si dividono in quelli dedicati al Vcore (ovvero quelli destinati direttamente al processore) e, nel caso di SoC AMD (ovvero System On a Chip, si tratta dunque di una sezione unica per tutto il Southbridge inserito nel processore e la GPU integrata), mentre Intel suddivide il tutto in VGPU (per la GPU integrata), VCCIO (per l’IMC, ovvero il Memory Controller) e VCCSA (per il System Agent, particolarmente utili nel caso si volesse effettuare l’overclock del BCLK).

Con il termine VRM non si intende un singolo ed unico elemento voluminoso e facile da identificare bensì un insieme di più elementi (in alcuni casi veramente piccole dimensioni) ovvero:

• fasi
  • i mosfet (costituiscono fasi)
  • Chokes (costituiscono fasi)
• i condensatori

I vrm influiscono direttamente sulle prestazioni della scheda madre e del vostro computer, soprattutto se si fa overclock.

Più fasi abbiamo più la tensione è precisa. Le fasi sono costituiti da

MOSFET

I mosfet sono particolari transistor ad effetto di campo i quali solitamente troviamo posizionati al di sopra o lateralmente rispetto al socket.

Hanno il compito di accendersi e spegnersi in maniera continuativa ed alternata di modo da caricare o scaricare correttamente l’induttanza

Possiamo equiparere i MOSFET a dei normali interruttori, degli switcher, che accendendosi e spegnendosi fanno passare oppure no la corrente elettrica.

CHOKES

I Chokes sono quei cubettini (di colore nero o grigio) che troviamo posizionati vicino ai mosfet.

Sono degli induttori messi li appositamente Con il compito di stabilizzare la corrente e il flusso di corrente in ingresso. Garantisce la tensione desiderata dalla componente che deve essere alimentata (CPU).

I chokes si avvalgono del lavoro svolto dai MOFSET.

I chokes caricandosi e scaricandosi di energia elettrica vanno a generare un campo magnetico che si oppone ai 12 V in ingresso e crea una vera e propria resistenza la quale mantiene l’induttanza e il corretto livello di tensione.

Inoltre permette il passaggio solamente ad una determinata quantità di volt.

I Chokes sono delle piccolissime dighe che si oppongono alla forza della corrente elettrica bloccandola e facendo passare solo la quantità desiderata.

Ritornando a come sono fatti i vrm…

Condensatori

i condensatori (di colore nero o grigio a volte) li troviamo posizionati subito accanto al Chokes.

I condensator fungono da sistema di filtraggio, sopprimendo i vari ed eventuali picchi di tensione e di corrente denominati in gergo tecnico spikes.

I vrm sono costituiti da

Chi gestisce i VRM? Chi decide quanta corrente fargli erogare e con che frequenza?

Il primo che gestisce tutto cio è il BIOS (per esempio è possibile settare la tensione della CPU).

All’accensione del computer il bios invia le informazioni riguardanti i parametri della CPU a controller PWM.

Il contreller PWM comunica al resto delle componenti la tensione da erogare alla CPU. Nel mentre regola l’accensione e lo spegnimento dei mosfet mediante un particolare segnale denominato “pwm” (acronimo che sta per cluster modulation ovvero modulazione dell’ampiezza dell’impulso). 

Un aumento della velocità di accensione e spegnimento dei mosfet da un lato comparta un miglioramento della stabilità della tensione erogata ma dall’altro la dispersione termica dei mosfet medesimi aumenta drasticamente, portandoli di fatto a surriscaldarsi alle volte anche fino a temperature critiche. Ecco perché nella maggior parte delle schede madri di buona qualità è possibile trovare una serie di dissipatori sistemati proprio al di sopra dei VRM e in particolare per aiutare a raffreddare i mosfet.

La tensione richiesta dalla CPU e la frequenza non è costante, dipende dalle task che facciamo. Il segnale PWM viene modificato e il controller PWM cercherà di rimediare la tensione giusta necessaria per svolgere la task.

In una scheda madre sono presenti molte più fasi.

Attenzione, non tutte sono reali.

Il controller pwm delle schede consumer (stra grande maggioranza) può gestire al massimo 8 fasi.

VRM = PWM + Fasi + Condensatori + Altro

Fasi = Driver MOSFET + MOSFETs + Induttori

Questo ha il compito di comunicare al resto dei componenti la tensione da erogare per la CPU e quello di regolare l’accendersi e lo spegnersi costante dei MOSFET tramite un segnale detto “PWM Signal” e di gestirne la velocità detta “Switching Frequency”. Se il controller è di qualità elevata il segnale da lui emesso sarà migliore e la regolazione della tensione verrà effettuata con maggiore precisione. In molti casi è preferibile un controller migliore ad una fase extra.

Ma come fanno a essere presenti più di 8 fasi, anche se queste in più non sono reali?

Il produttore di quella determinata scheda madre utilizza un dispositivo chiamata doubler.

Il doubler permette di raddoppiare il vantaggio delle fasi esistenti senza effettivamente installare di aggiuntive. Non apporta ovviamente gli stessi vantaggi di fasi aggiuntive reali e separate, ma di fatto ci sono comunque miglioramenti dal punto di vista elettrico mantenendo basso il costo di installazione rispetto a fasi reali.

Il doubler sdoppia l’unico segnale proveniente dal PWM a due driver MOSFET diversi. Un doubler raddoppia il numero di fasi, una soluzione molto in voga tra i vari brand produttori di schede madri. Le fasi quindi si possono distinguere in: fasi reali, fasi parallele e fasi doppie. Nelle fasi reali ciascuna fase è “gestita” da uno e uno solo segnale PWM, nelle fasi in parallelo non vi sono due fasi distinte ma “un’unica e grossa fase” (es. 4 fasi reali x 2), e infine nelle fasi doppie il segnale proveniente dal PWM (4 fasi reali + 4 fasi virtuali) va diramarsi attraverso l’ausilio di un doubler nei due diversi MOSFET (nel primo MOSFET il segnale arriva a un certo istante di tempo X mentre nel secondo il segnale PWM arriva a un certo istante di tempo Y).

Vdroop

Fondamentale per l’overclock insieme alla LLC

il Vdroop è una misura di sicurezza (introdotta da Intel) che va a ridurre la tensione man mano che la CPU consuma più corrente. Se imposto una tensione X dal bios la CPU funzionerà a quella tensione X a carico zero. Subirà dei cali di tensione (anche abbastanza evidenti) man mano che il carico aumenta. La Cpu in questo modo non supererà mai la tensione superata da bios e scongiura i possibili danni anche di possibili picchi di tensione.

LLC (Load Line Calibration)

Fondamentale per l’overclock insieme al Vdroop.

LLC permette di diminuire il vDroop di una percentuale basata sul livello sul quale lo si imposta.

Come contare le fasi di una scheda madre

Contare le fasi in una scheda madre non è molto semplice in quanto vi sono diverse tipologie di fasi (vere, parallele e doppie) ma una volta capito e assimilato il meccanismo non è assolutamente impossibile. Per il conteggio delle fasi si può far riferimento al seguente elenco:

1. Contare il numero degli induttori presenti nella scheda madre
2. Individuare il V-Core, V-SoC/ V-iGPU e V-DRAM/V-CCIO/V-CCSA
3. Individuare il PWM
4. Controllare (anche nel retro della motherboard) la presenza di driver MOSFET e/o doubler
5. Eseguire una ricerca su google o sul datasheet della sigla presente sui PWM e MOSFET e verificare quante fasi sono in grado di gestire.
6. Osservando le induttanze a volte si può leggere un numero preceduto da una piccola sigla “TR”, che è la capacità di trasmissione dell’induttanza. Nelle fasi reali tale valore si aggira tra i 18-24.

Gigabyte X570 Aorus Elite – ANALISI VRM X570

Vi sono 15 induttori totali, 12 per il V-Core, 2 per il V-SoC e 1 V-DRAM. Il controller PWM è un Intersil ISL69138 che si confina nelle posizioni più alte nella fascia alta di PWM, in grado di gestire 7 fasi (6 per il V-Core e 1 per il V-SoC) e questo fa ben evincere che non si trattano di 12 fasi reali per il V-Core.

Nel PCB posteriore vi è la presenza di doubler Intesil ISL6617A, 6 per il V-Core e 1 per il V-SoC. Vi saranno quindi 6 fasi reali e 6 fasi “virtuali” per il V-Core e 1 una fase reale e 1 “virtuale” per il V-SoC (6+6, 1+1).

Per quanto riguarda i MOSFET vi sono dei Vishay SiC634 da 50 ampere e integra sia il DR-FET e sia il low side al suo interno. La scheda madre in questione è ottimizzata per il dual Channel in quanto l’interconnessione è di tipo daisy-chain.

Gli heatsink hanno un buon rapporto superficie/volume per i tipi di MOSFET da dissipare. Per quanto concerne l’efficienza dei MOSFET a 1,2 v a 300 KHz si ha a 100 ampere circa 10 W di potenza dissipata, a 150 ampere 16 W e a 200 ampere 24 W.

I MOSFET del V-SoC sono dei ONSemi 4C10N (High Side) e 4C06N (Low Side). La V-DRAM monta un controller RT8120D e gli stessi MOSFET del V-SoC. Il V-SoC non è “molto pompato” e montare un APU in OC è sconsigliato per tale motivo, ma raramente un utente comprerebbe un APU su una scheda di tale calibro. La Gigabyte X570 Aorus Elite è disponibile a un prezzo di 220 euro.

ASRock X570 Taichi- ANALISI VRM X570

Ci sono 16 induttori, 12 per il V-Core, 2 per il V-SoC e 2 per il V-DRAM. Il controller PWM è un Intersil ISL69147 (ottimizzato per socket AM4) in grado di gestire 7 fasi, 6 per il V-Core e 1 per il V-SoC.

Nel PCB posteriore vi è la presenza di doubler Intersil ISL6617A, 6 per il V-Core e 1 per il V-SoC. Vi saranno quindi 6 fasi reali e 6 fasi “virtuali” per il V-Core e 1 una fase reale e 1 “virtuale” per il V-SoC (6+6, 1+1). Per quanto concerne l’efficienza dei MOSFET a 1,2 v a 500 KHz si ha a 100 ampere circa 10 W di potenza dissipata, a 150 ampere 16 W e a 200 ampere 24 W.

Per quanto riguarda i MOSFET (anche nel V-SoC) vi sono dei Vishay SiC634 da 50 ampere, integrano sia il driver MOSFET (non vi è il monitoraggio di temperatura e voltaggio) e il low-side. Rispetto alla Gigabyte X570 Aorus Elite il V-SoC nella ASRock X570 Taichi è “più pompato” ma è una feature quasi del tutto insignificante, poiché montare un APU su una motherboard da 340 euro è abbastanza improbabile.

Gli heatsink sono pressoché identici alla scheda madre Gigabyte X570 Aorus Elite. Il controller PWM per le DRAM è un UPI Semi uP1674P in grado di gestire le 2 fasi del V-DRAM. I MOSFET montati nella V-DRAM sono dei FSPC5030SG.

ASRock X570 Taichi è un’ottima scheda madre ma troppo sovrapprezzata (340 euro), vi sono tante schede madri (come la Gigabyte X570 Aorus Elite o l’ASUS TUF Gaming Plus) a un prezzo notevolmente inferiore che sono in grado di offrire le stesse performance per quanto riguarda l’efficienza dei VRM.

MSI MPG X570 Gaming Plus – ANALISI VRM X570

Vi sono 11 induttori, 8 per il V-Core, 2 per il V-Soc e 1 per la V-DRAM. Il controller PWM è un Infineon IR35201 ed è grado di gestire 8 fasi (in questo caso specifico non vi è nessun modo per dividere queste otto fasi ed è configurato per un 4+2). Naturalmente per quanto concerne il V-Core non vi saranno 8 fasi reali.

Nel PCB posteriore vi è la presenza di 4x doubler per il V-Core(che funge anche da dual driver per le fasi) Infineon IR3598. Vi saranno quindi 4 fasi reali e 4 fasi “virtuali” per il V-Core e 2 fasi reali per il V-SoC (4+4,2).

I MOSFET nel V-Core si differenziano in High-Side (4C029N) e Low-Side (4C024N). I MOSFET a 1.2 V e a 300 KHz a 100 ampere raggiungono 12,5 W di potenza dissipata, a 150 ampere 24 W e a 200 ampere 38 W. Gli heatsink hanno un ottimo rapporto superficie/volume e riescono in modo encomiabile a gestire i 38 W di potenza da dissipare a 200 ampere. I MOSFET del V-SoC è un UBIQ QA3111N6N (high-low side integrato).

Nella V-DRAM vi sono due high-side (4C029N) e due low-side (4C024N) in parallelo. Il controller PWM DRAM è un Richtek RT8125E monofase. La scheda madre è ottimizzata per il dual channel in quanto l’interconnessione è di tipo daisy-chain.

La MSI MPG X570 Gaming Plus è una buona motherboard nel complesso, la scheda madre ideale per un 3700x. Disponibile a un prezzo di 180 euro sui principali E-commerce.

ASUS TUF Gaming X570 Plus – ANALISI VRM X570

Vi sono 15 induttori, 12 per il V-Core, 2 per il V-SoC e 1 per la V-DRAM. Il controller PWM è un Richtek RT8877C (ASP 1106GGQW), gestisce 6 fasi, 4 per il V-Core e 2 per il V-SoC. Nella parte del PCB vi è la totale assenza di doubler e quindi le fasi sono in parallelo, 3 power-stage in un’unica fase (4×3 V-Core, 2 V-SoC).

I MOSFET sono dei Vishay Si639 (integrano al loro interno HiDet, Lofet e il Difet) da 50 ampere. Per quanto concerne l’efficienza dei MOSFET a 1,2 v a 300 KHz si ha a 100 ampere circa 10 W di potenza dissipata, a 150 ampere 16 W e a 200 ampere 24 W.

Nella V-DRAM vi è un controller PWM Richtek RT8125D monofase, vi sono due high-side (UBIQ QM3054M630V) e due low-side (UBIQ QM2054M6) in parallelo, una V-DRAM molto efficiente. La scheda madre è ottimizzata per il dual channel in quanto l’interconnessione è di tipo daisy-chain.

In conclusione questa scheda madre ha un Main VRM costituito da 4 fasi in parallelo con 3 power stage, 2 fasi reali per il V-SoC e 1 fase reale per la V-DRAM. Sui 210 euro rappresenta il best-buy tra le X570 per rapporto qualità/prezzo. Dai test effettuati online dalle maggiori redazioni, la TUF X570 risulta la scheda madre che ha i vrm più freschi sotto stress anche con un alto freq. switching.

ASUS Strix X570-F Gaming – ANALISI VRM X570

ASUS Strix X570-F Gaming utilizza lo stesso PCB della ASUS TUF Gaming X570 Plus. Vi sono 15 induttori, 12 per il V-Core, 2 per il V-SoC e 1 per la V-DRAM. Il controller PWM è lo stesso della scheda madre ASUS TUF Gaming X570 Plus, un Richtek RT8877C (ASP 1106GGQW), gestisce 6 fasi, 4 per il V-Core e 2 per il V-SoC, le dodici fasi del V-Core non sono reali.

Nella parte posteriore del PCB vi è la totale assenza di doubler e quindi le fasi sono in parallelo, 3 power-stage in un’unica fase (4×3 V-Core, 2 V-SoC).

I MOSFET non cambiano rispetto al fratello minore ASUS TUF, sono dei Vishay Si639 (integrano al loro interno HiDet, Lofet e il Difet) da 50 ampere. Per quanto concerne l’efficienza dei MOSFET a 1,2 v a 500 KHz si ha a 100 ampere circa 10 W di potenza dissipata, a 150 ampere 16 W e a 200 ampere 24 W.

Nella V-DRAM vi è anche lo stesso controller PWM Richtek RT8125D monofase, l’unica differenza consiste nei MOSFETS, i due high-side e low-side non sono rispettivamente dei UBIQ QM3054M630V e UBIQ QM2054M6 ma dei Vishay SiRA14DP30V e SiRA14DP. Una V-DRAM più “pompata” rispetto alla scheda madre ASUS TUF, ma risulta un upgrade influente, in quanto le memorie DDR4 consumano poco. La scheda madre è ottimizzata per il dual channel in quanto l’interconnessione è di tipo daisy-chain.

In conclusione questa scheda madre ha un Main VRM costituito da 4 fasi in parallelo con 3 power stage, 2 fasi reali per il V-SoC e 1 fase reale per la V-DRAM. La ASUS Strix X570-F Gaming non è buon acquisto a 300 euro, ASUS TUF Gaming X570 Plus a 80/90 euro in meno garantisce le stesse performance e l’aggiunta di feature come l’illuminazione RGB non giustifica tale divario di prezzo.

Prezzo alto non è sinonimo di alte performance. Nel momento in cui si acquista qualsiasi componente hardware si devono osservare ed esaminare una moltitudine di variabili. In questo caso (per esempio) l’ASUS TUF Gaming X570 Plus (a 210 euro) si posiziona nella posizione più alta del podio per quanto concerne il rapporto qualità/prezzo e per la qualità delle componenti e dei VRM.

Approfondimenti

Cos’è un VRM? A cosa serve? Come funziona?