هرآنچه گیمر به یک مادربورد نیاز دارد

مهم ترین پارامتر یک “مادربورد” ( سیستم برق رسانی )

یکی از اصلی ترین معیار انتخاب و مسائل مهم انتخاب یک مادربورد قسمت ، فاز توان (سیستم توضیع برق و نوسانات) مادربرد است؛ در واقع یک مبدل کاهنده سوئیچینگ (buck converter) چندفاز است که ولتاژ ۱۲ ولت منابع تغذیه پاور کیس را به ولتاژ پایین‌تر مورد نیاز CPU و سایر قطعات تبدیل می‌کند. در یک VRM چندفاز، هر فاز شامل یک ماسفت بالاسویچ (High-side) و یک ماسفت پایین‌سویچ (Low-side) است که به کمک یک کنترلر PWM متصل با درایور، به‌صورت متناوب و با Duty Cycle متغیر در هر فاز کلیدزنی می‌شوند. این روش باعث می‌شود جریان خروجی روی چند مسیر موازی تقسیم شود؛ در نتیجه هر فاز قسمت قابل توجهی از جریان مورد نیاز CPU را تامین می‌کند و با اختلاف فاز زمانی بین فازها، نوسانات ولتاژ (ریپل) در خروجی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد .

کنترلر PWM (مدولاسیون پهنای پالس) وظیفه تنظیم دقیق Duty Cycle و هماهنگ‌سازی فازها را بر عهده دارد. برخی مادربردهای گیمینگ از کنترلرهای دیجیتال چندکاناله قوی استفاده می‌کنند که به‌طور داخلی پالس‌های کنترل را برای چند فاز تولید کرده یا با استفاده از مدولاتورهای فاز مضاعف (phase doublers) تعداد فازهای واقعی را افزایش می‌دهند. حذف استفاده از مدولاتورهای مضاعف (که ASUS «فاز تیم‌شده» می‌نامد) در طراحی‌های جدید، تأخیر سوئیچینگ را کاهش داده و پاسخگویی گذرا (transient response) را بهتر می‌کند

هر فاز VRM دارای یک یا چند “پاور استیج” است که شامل ماسفت‌های قدرت برای سوییچینگ بالا و پایین (به همراه درایورهای مربوطه) می‌شود. امروزه در مادربردهای رده‌بالا از ماژول‌های مجتمع DrMOS (Driver-MOSFET) استفاده می‌شود که در یک چیپ واحد، درایور و دو ماسفت قدرت (برای High-side و Low-side) را یکپارچه می‌کنند. این ماژول‌های DrMOS راندمان تبدیل توان را افزایش می‌دهند و به دلیل بسته‌بندی بهینه، چگالی توان مدار را نیز بسیار بالا می‌برند. به‌طور مثال، مادربرد ASUS ROG Maximus XII Extreme از ۱۶ ماژول Infineon TDA21490 (هر کدام ۹۰ آمپر) بهره می‌برد که به‌طور تئوریک ۱۴۴۰ وات توان خروجی فراهم می‌کند .

سلف‌ها یا چوک‌ها (معمولاً از نوع مغناطیس پودر فلزی یا آلیاژی «MicroFine» که تلفات کمتری دارند) در فاز توان انرژی را به صورت میدان مغناطیسی ذخیره کرده و در عبور جریان DC نقش فیلترینگ دارند. به‌علاوه خازن‌های خروجی (معمولاً از نوع جامد لیتیم-پلیمر یا الکترولیت جامد با عمر بالای عملیاتی) در ادامه وظیفه صاف کردن ولتاژ خروجی و تأمین جریان گذرای لحظه‌ای را بر عهده دارند. به عنوان نمونه، مادربردهای ASUS از خازن‌های ژاپنی متالیک «۱۰K» استفاده می‌کنند که طول عمر بسیار بالایی در دماهای کاری بالا دارند .

عملکرد کلی VRM به صورت یک شبکه چندفاز پیوسته از مدار چوک-ماسفت نشان داده می‌شود که توسط یک کنترلر PWM مرکزی زمان‌بندی می‌گردد. هر فاز شامل یک ماسفت بالاسویچ (که به ۱۲ ولت وصل می‌شود)، یک ماسفت پایین‌سویچ (به زمین) و یک سلف است. کنترلر PWM با اندازه‌گیری بازخورد ولتاژ خروجی و دریافت سیگنال ولتاژ مرجع (VID) از CPU، در هر لحظه Duty Cycle مناسب را برای سوییچ‌ها تعیین می‌کند تا ولتاژ خروجی پایدار بماند. استفاده از چند فاز با اختلاف زمانی باعث می‌شود در هر لحظه تنها یک فاز به شارژ سلف مشغول باشد و فازهای دیگر در حال دشارژ، که به کاهش ریپل خروجی منجر می‌شود. (در شکل زیر نمای ساده‌شده‌ای از یک VRM چهارفاز نشان داده شده است.) .

مقایسه طراحی VRM در مادربردهای مشهور

مادربردهای رده‌بالای گیمینگ از برندهای ASUS ROG، Gigabyte Aorus و MSI MEG معمولاً از طراحی‌های چندفاز پیشرفته و قطعات با کیفیت بالا در VRM بهره می‌برند. ویژگی‌های اصلی تفاوت این طراحی‌ها به شرح زیر است:

• ASUS ROG Maximus : طراحی VRM بسیار قدرتمندی با ۲۰ فاز (حتی بیشتر) تغذیه CPU (به‌صورت ۲۰×۹۰A(حتی بیشتر)) دارد. به‌جای مدولاتور فاز، از طراحی «فاز تیم‌شده» استفاده می‌شود که دو پاور استیج 110 آمپر(حتی بیشتر) را در هر فاز به‌کار می‌گیرد. درنتیجه این مادربرد از ۱۶ ماژول Infineon TDA21490 (هر کدام ۹۰A) بهره می‌برد و توانایی تئوریک بیش از ۱۴۴۰ وات خروجی را دارد. چوک‌ها از نوع آلیاژ MicroFine ساخت ASUS هستند و خازن‌های خازن‌سازهای ژاپنی با عمر عملیاتی ۱۰ هزار ساعت (۱۰K) در دمای بالا به کار رفته‌اند . برای خنک‌کنندگی VRM، هیت‌سینک آلومینیومی بزرگ با لوله‌های حرارتی و صفحات حرارتی (شیت حرارتی) تعبیه شده که با هیت‌سینک I/O و پوشش فلزی گسترده مادربرد یکپارچه شده است .

• Gigabyte  Aorus Master: این مادربرد نیز دارای یک VRM «هیولایی» چند فازی ۹۰A و بیشتر است و گیگابایت به جای تیم‌شدن فاز، معمولاً از مدولاتور ۲ فاز برای هر فاز منطقی استفاده می‌کند اما ظاهراً در بعضی از مدل ها ، فاز واقعی (بدون توضیح کامل دولوپمنت) ارائه داده است.  چوک‌ها و خازن‌ها نیز از نوع مرغوب (احتمالاً آلیاژی و الکترولیت جامد) بوده و مادربرد دارای پوشش (Backplate) فلزی کامل جهت تقویت ساختار و خنک‌کنندگی اضافی VRM است. هیت‌سینک VRM شامل پره‌های متعدد آلومینیومی متصل به بک‌پلیت می‌شود که جریان هوا را از میان خود می‌کشند.

•  MSI MEG ACE / GOD LIKE: این مدل از سری MEG ای‌ام‌دی گیمینگ MSI نیز VRM قدرتمندی دارد. طبق بررسی‌ها، این مادربرد طراحی ۱۹ فاز ( حتی بیشتر ) به‌همراه پاور استیج‌های ۹۰ آمپری ( حتی بیشتر ) را ارائه کرده. از نکات قابل توجه، استفاده از PCB هشت‌لایه در طراحی این مادربرد است که پخش حرارتی و الکتریکی بهتری فراهم می‌آورد. چوک‌های این مادربرد از نوع «Titanium Choke III» هستند (آلیاژ ویژه با پایداری بالا) و خازن‌ها نیز از نوع جامد با کیفیت بالا است. هیت‌سینک‌های بزرگ و چندبخشی برای VRM تعبیه شده که جریان حرارت را به مساحت بیشتری انتقال می‌دهد. در مجموع، این مادربرد نیز برای اورکلاکینگ سنگین طراحی شده و به خنک‌کنندگی قوی VRM مجهز است.

داده‌های عملی از بررسی‌ها

در بررسی‌های تخصصی معمولاً VRM تحت استرس‌های شدید (مثلاً بنچمارک پردازنده All-Core با ولتاژ بالا) اندازه‌گیری می‌شود. آزمون‌ها نشان می‌دهند که دمای VRM مادربردهای رده‌بالا در بار کامل می‌تواند به حدود 60 – 100°C برسد؛ برای مثال در آزمون GamersNexus با پردازنده ۱۸ هسته‌ای اورکلاک‌شده، بدون تهویه اضافی دمای چوک و MOSFET مرکزی VRM حدود ۶۷–۷۰°C بود. با افزایش اندک فرکانس و ولتاژ (از ۳.۱ به ۳.۹ گیگاهرتز)، دمای فازها به ~۸۰–۸۳°C رسید که هنوز بدون خنک‌کننده فعال قابل مدیریت بود. با اورکلاک بسیار سنگین‌تر (فراتر از آستانه)، دماها به ۱۰۰°C و بالاتر رسیدند که منجر به Throttle پردازنده شد. این داده‌ها نشان می‌دهد هرچقدر توان خروجی VRM و خنک‌کنندگی آن بیشتر باشد، احتمال رسیدن به دمای بحرانی کاهش می‌یابد.

علاوه بر دما، ریپل و پاسخ گذرا نیز معیارهای مهمی هستند. افزایش تعداد فازها، ریپل خروجی را کاهش می‌دهد چون هر فاز مقدار کمتری جریان را سوئیچ می‌کند. ولی هنگامی که از فاز مضاعف استفاده شود، مزیت ریپل به‌خوبی فراهم نمی‌شود. در طراحی‌های جدید تیم‌شده (بدون دولوپ) ASUS، به‌دلیل حذف تأخیر ناشی از دولوپ‌ها، پاسخ گذرای VRM سریع‌تر شده است (کاهش افت ولتاژ در لحظه تغییر بار). البته این کار با افزایش کمی در ریپل خروجی همراه است، اما پردازنده‌های مدرن در اولویت انتقال سریع بین حالات بار هستند و اهمیت پاسخ گذرا را بالا برده‌اند.

تأثیر طراحی VRM بر پایداری و عملکرد

طراحی و کیفیت VRM بر پایداری کلی سیستم و قابلیت‌های اورکلاک تأثیر مستقیم دارد. اگر VRM نتواند جریان لازم را با ولتاژ ثابت فراهم کند یا در اثر گرمای بیش از حد محدود شود، سیستم دچار ریپل ولتاژ بالا و تراتلینگ می‌شود. در آزمون بالا مشخص شد که وقتی دمای ماسفت‌های VRM به حدود ۱۰۰°C رسید، مادربرد به طور مکرر کلاک پردازنده را کاهش داد تا از آسیب حرارتی جلوگیری کند . این رویداد در عمل باعث افت فریم‌ریت در بازی‌ها خواهد شد، چرا که پردازنده نمی‌تواند توان خود را در سطح بالا حفظ کند. در عوض، VRMهای قوی‌تر که در آزمون‌ها دمای پایین‌تری (مثلاً ۶۰–۷۰°C) داشتند، اجازه دادند حتی با ولتاژ بالا CPU پایدار بماند و سرعت کلاک نهایی حفظ شود . در نتیجه، مادربردهایی با VRM باکیفیت‌تر معمولاً پایداری بهتری در اورکلاکینگ و نوسان کمتر ولتاژ دارند و در بازی‌های سنگین نرخ فریم‌ بیشتری ارائه می‌دهند.

 فازهای توان مادربرد با معماری پیچیده‌ای از کنترلر PWM، ماژول‌های درایور–ماسفت (DrMOS)، سلف‌ها و خازن‌های باکیفیت شکل می‌گیرند. طراحی بهینه تعداد فازها و اجزای باکیفیت (توان بالا، مقاومت داخلی کم) به همراه راهکارهای خنک‌کنندگی مؤثر، نقش کلیدی در عملکرد و پایداری سیستم دارند. مادربردهای گیمینگ رده‌بالا معمولاً از ۱۸ تا ۲۰ فاز بالای ۹۰ آمپر و حتی بیشتر ، بهره می‌برند و نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که در بار سنگین این مدارها در دمای حدود ۶۰–۸۰°C کار می‌کنند. درک دقیق آرایش VRM و تاثیر آن بر پاسخ گذرا و ریپل ولتاژ، برای علاقه‌مندان به اورکلاک و سیستم‌های قدرتمند بسیار مهم است.

صرفه‌جویی در خرید مادربرد گیمینگ اقتصادی(نکات خرید و انتخاب)

• ویژگی‌های تزئینی را حذف کنید: ویژگی‌هایی مانند نورپردازی RGB صرفاً جنبه ظاهری دارند و عملکرد سیستم را ارتقا نمی‌دهند. مادربردهای اقتصادی معمولاً برای کاهش هزینه تعداد پورت‌های USB، SATA، اسلات‌های توسعه و M.2 را کاهش می‌دهند؛ بنابراین فقط موارد ضروری (مثلاً حداقل یک اسلات M.2 برای SSD) را در نظر بگیرید.

• سرعت شبکه و تعداد کارت‌گرافیک اضافه: اکثر گیمرها با یک اتصال LAN گیگابیتی یا Wi-Fi معمولی قانع هستند و نیاز به شبکه ۲٫۵ یا ۱۰ گیگ و چند کارت گرافیک همزمان ندارند. تهیه مادربردی که امکانات مورد نیاز شما (مانند یک پورت 2.5GbE در صورت نیاز به اینترنت سریع‌تر) را داشته باشد کفایت می‌کند.

• نیاز به اورکلاک ندارید: مادربردهای ارزان معمولاً مدار تغذیه (VRM) کمتری دارند و برای اورکلاک سنگین طراحی نشده‌اند. اگر قصد اورکلاک کردن پردازنده یا رم را ندارید، نیازی به مادربردهای رده بالای Z یا X نیست. چیپست‌های رده B (مثل B550 برای AMD) برای گیمینگ معمولی مناسب‌اند و امکان اورکلاک محدود دارند؛ اورکلاک شدید با این مادربردها توصیه نمی‌شود.

اولویت‌بندی ویژگی‌های مادربرد

• کیفیت مدار تغذیه (VRM): مهم‌ترین معیار در یک مادربرد گیمینگ، پایداری تغذیه پردازنده است. مادربرد با VRM قوی (تعداد فاز بالا و هیت‌سینک مناسب) تضمین می‌کند پردازنده حتی در بار کاری سنگین هم پایدار بماند. طبق گزارش‌ها، یک VRM ضعیف حتی بدون اورکلاک می‌تواند باعث ناپایداری و خطا در سیستم شود. به‌عنوان مثال، مادربردهای اقتصادی معمولاً VRM هشت‌فاز یا بیشتر دارند که برای استفاده عادی (بدون اورکلاک) کافی است. استفاده از خازن‌های جامد (ژاپنی) و چوک‌های آلیاژی با کیفیت در مدار VRM نشانه قدرت تحمل بالاتر و دوام بیشتر آن است.

• امکانات پایه: به تعداد مناسب پورت USB (به‌ویژه USB 3.x) و اسلات M.2 و DIMM مورد نیاز توجه کنید. امکانات اضافه مثل اسلات‌های PCIe زیاد (برای SLI)، درگاه شبکه فوق‌سریع یا USB-C اضافی را تنها در صورت نیاز بگیرید. مادربرد اقتصادی معمولاً این موارد را به حداقل می‌رساند. برای مثال اگر تنها یک کارت گرافیک و یک SSD M.2 دارید، یک اسلات PCIe 3.0 x16 و یک یا دو اسلات M.2 کافیست.

• دیگر ویژگی‌ها: اکثر سیستم‌های گیمینگ خانگی به کارت صدای عادی و شبکه LAN یک گیگابیت قانع‌اند، بنابراین هزینه اضافی برای وای‌فای گران‌قیمت یا کارت صوتی حرفه‌ای نپردازید. به‌طور کلی، ویژگی‌های تزئینی و اضافی (نورپردازی RGB، پنل نصب‌شده کیس، کلیدهای ولتاژ ویژه و…) اولویت پایینی دارند و می‌توان از آن‌ها صرف‌نظر کرد.

چیپست‌های مناسب اقتصادی

• AMD: چیپست‌های سری BوA ، برای پلتفرم Ryzen انتخابی منطقی‌اند. این چیپست امکانات اورکلاک معمولی و پشتیبانی از PCIe 4.0 (برای کارت گرافیک یا SSD) را ارائه می‌دهد. برای مثال، مادربردهای سری BوA اقتصادی می‌توانند در سیستم های گیمینگ اقتصادی و میانرده را به خوبی عمل کنند و عملکرد مناسبی داشته باشند. در مقابل، چیپست A ارزان‌ترین گزینه برای AMD است ولی امکان اورکلاک ندارد و شاید برای بازی‌های سنگین یا SSD‌های PCIe4 مناسب نیست.

• Intel: چیپست‌های B و H مناسب پردازنده‌های کم مصرف و اقتصادی اینتل هستند. B اغلب با حافظه قدیمی تر و یا نسل جدید  عرضه می‌شود. این چیپست‌ها برای سیستم‌های بدون اورکلاک کفایت می‌کنند. ارزان‌ترین چیپست اینتل H(x)10 است که پشتیبانی از اورکلاک رم یا پردازنده ندارد و معمولاً فقط دو اسلات رم دارد. اگر سیستم فقط کارهای سبک انجام می‌دهد،سری H  می‌تواند گزینه‌ای بسیار اقتصادی باشد؛ در غیر این صورت B تعادلی خوب بین قیمت و امکانات فراهم می‌کنند.

مدار تغذیه در مادربردهای اقتصادی

حتی در مادربردهای مقرون‌به‌صرفه هم می‌توان مدار تغذیه قابل‌قبولی یافت. برای مثال، مادربرد ASRock Phantom Gaming  یکی از مدل‌های ارزان‌قیمت است که از یک VRM هشت‌فاز بهره می‌برد؛ این تعداد فاز برای سیستم‌های بدون اورکلاک (مانند گیمرهای معمولی با پردازنده‌های Ryzen5 یا Core i5) کافی است. در مادربردی مانند سری ASUS TUF Gaming M  هم طراحی VRM ۸+۲ فاز و هیت‌سینک بزرگ به اورکلاک معقول پردازنده کمک می‌کند.
توجه کنید که کیفیت قطعات مدار تغذیه مهم‌تر از تعداد فاز صرف است؛ خازن‌های جامد (ژاپنی) و چوک‌های آلیاژی SFC نشان‌دهنده مدار با کیفیت‌ بالا هستند. پیش از خرید، مشخصات فنی VRM را بررسی کنید: مادربردی با فازهای بیشتر و خنک‌کننده قوی‌تر می‌تواند پایداری بهتری در مصرف انرژی فراهم کند. طبق بررسی‌ها، یک طراحی ضعیف VRM می‌تواند منجر به مشکلات پایداری مانند کرش و صفحه آبی حتی در حالت بدون اورکلاک شود، پس بررسی مدار تغذیه را دست‌کم نگیرید.

پیشنهاد خرید بر اساس نوع کاربری

• گیمینگ  با پردازنده میان‌رده (بدون اورکلاک): یک مادربرد با چیپست میانرده و تجاری، B (AMD) یا B (Intel) امکانات معمولی و دارای حداقل ویژگی ها بسیار کافی است. برای مثال مادربردهای اقتصادی مثل ASUS PRIME  با VRM استاندارد و معمولی برای این سطح مناسب‌اند. نیازی به برد گران‌قیمت نیست؛ مادربردهای میان‌رده با امکانات پایه و VRM متعادل جوابگو خواهند بود.

• سیستم‌های اداری/روزمره: اگر صرفاً از سیستم برای کارهای سبک استفاده می‌کنید (نه گیمینگ سنگین)، چیپست‌های بسیار ارزان نیز کارایی لازم را دارند. برای مثال مادربردهای A (AMD) یا H (Intel) گزینه‌های فوق‌العاده اقتصادی هستند که بیشتر برای استفاده‌های دفتر و خانگی طراحی شده‌اند. این بردها امکانات پایه را فراهم می‌کنند ولی قابلیت‌های گیمینگ یا اورکلاکینگ ندارند.

با توجه به این نکات، می‌توانید با بودجه محدود نیز مادربردی متناسب با نیاز خود انتخاب کنید روی پایداری مدار تغذیه و چیپست مناسب تمرکز کنید و از امکانات گران‌قیمت و تزئینی چشم‌پوشی نمایید تا بهترین گزینه اقتصادی را بیابید.