高速CPU供电电路设计:挑战与Intel规范解析

14 下载量 69 浏览量 更新于2024-09-02 1 收藏 270KB PDF 举报
本文主要探讨的是电源技术中的关键部分——基于CPU的供电电路设计。随着现代计算机技术的发展,CPU性能的提升带来了对供电系统前所未有的要求。快速的CPU不仅需要低核心电压以降低功耗,同时又需要更大的功率支持,这就对供电电路的电流处理能力提出了严峻考验。设计者们必须确保供电电路能够稳定且高效地提供所需电流,以满足高速CPU的工作需求。 文章首先强调了供电电路设计的重要性,特别是在面对Intel等处理器厂商的电源规范变化时。Intel的VRM(Voltage Regulation Module)系列规范是设计者必须遵循的标准,例如早期的Pentium 2和Pentium 3遵循的是VRM 8.1~8.4,其最大输出电流限制在22.6A。随着技术升级,如Tualatin核心的Pentium 3和Celeron采用VRM 8.5,电流最大值提升至28A。随着Willamette、NorthWood到Prescott和Pentium 4的迭代,VRM规范逐渐演进,输出电流上限不断提升,以满足更高性能的需求。 在2005年,Intel的VRD 10.1规范特别针对LGA775 Socket的CPU设置了严格的电源规格,包括连续负载电流(ICCTDC)高达115A,最大输出电流(ICCMAX)为125A,输出电压范围宽广且可通过VID[5:0]进行精细调节。此外,负载线斜率(loadlineslope)阻抗也成为关键参数,反映了电路在不同负载下的响应能力。 这些规范的变化反映了CPU技术的进步与电源设计的复杂性,设计师必须紧跟技术发展趋势,优化供电电路以实现最佳性能与稳定性。在实际应用中,电路设计者需要考虑散热、效率、电磁兼容性等因素,以确保供电系统的可靠性,并在满足性能需求的同时,尽可能降低发热和噪声,提高整体系统的整体效能。基于CPU的供电电路设计是一个精密且动态发展的领域,它直接影响着计算机性能的发挥以及系统的整体表现。
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1. CPU Vcore 简介: VCORE转换器(调节器)是在台式个人电脑、笔记本式个人电脑、服务器、工业电脑等计算类设备中为CPU(中央处理器)内核或GPU(图形处理器)内核供电的器件,与普通的POL(负载点)调节器相比,它们要满足完全不同的需要:CPU/GPU都表现为变化超快的负载,需要以极高的精度实现动态电压定位 (Dynamic Voltage Positioning) ,需要满足一定的负载线要求,需要在不同的节能状态之间转换,需要提供不同的参数测量和监控。 在VCORE转换器与CPU之间通常以串列汇流排界面进行通讯,CPU会根据其负荷和运行模式提出不同的供电要求。 最基本的与CPU连接在一起的VCORE转换器(常常简称为VCORE)的电路架构,它们通常由一个控制器和外置的功率级构成。 CPU所消耗的电流实在太大,这样的搭配通常是最合理的。 有的低功耗CPU只需使用单相的Buck转换器即可,但功耗大的就必须使用多相式Buck转换器了。 电路中,功率级被分为多相,通常被用于台式个人电脑中,其正常运行温度下的负载电流为(Thermal Design Current,热设计电流,简称TDC。 VCORE输出电压的检测位置是在CPU底座下,它也被用作转换器的回馈信号。 在CPU和VCORE转换器之间有几条通讯线,其中包含有时钟信号和资料信号构成的串列通讯汇流排,还有1或2条警告信号线,其作用是将调节器一侧所发生的一些特定状况通知CPU。 CPU可以通过串列通讯汇流排向转换器发送特殊的命令,像电压的改变和设定特定的运行状态都要这样进行。 CPU也可以要转换器报告一些资讯,如电流消耗状况、功率级的运行温度等。不同的CPU平台有不同的通讯协定,对于Intel的CPU来说,VR12.1、VR12.5、IMVP8或IMVP9等是可选的; 对AMD的 CPU来说则有SVI和SVI2可选,这样的资讯在为自己的CPU选择相应的电压转换器时是必须要注意的。 2. 立锜VCORE转换器解决方案的选择方法立锜针对Intel和AMD的平台提供了大量的VCORE控制器产品 Intel CPU可以分为两类:一种以ATOMTM为基础,一种以iCORETM为基础。以ATOMTM为基础的CPU是针对可携式、小尺寸、低功率应用的网路电脑、平板电脑和工业电脑的,其平台名称有Braswell、Apollo Lake 和 Gemini Lake等。以iCORETM为基础的CPU是针对高性能应用如笔记型电脑、台式电脑的,其平台名称有Sky Lake、Kaby Lake 和 Coffee Lake等。不同代际的Intel CPU使用了不同的串列通讯协定,较老的Braswell CPU使用VR12.1协定,较新的则使用IMVP8TM或IMVP9TM 方案来源于大大通