Железо

О схемотехнике цепей питания видеокарт AMD Radeon серии RX

Видеокарты компании AMD серий RX 4xx/5xx давно заслужили уважение среди майнеров и геймеров. Они раскупались десятками во время майнингового бума в 2017 году и до сих пор составляют значительную часть парка майнинг-ферм у пользователей по всему миру.

Эксплуатация видеокарт на предельных режимах в условиях повышенной температуры приводит к преждевременному износу чипов памяти и частому выходу из строя цепей питания. Эта беда касается и легендарных RX-ов.

В данной статье рассматриваются некоторые особенности схемотехники видеокарт AMD серий RX 4xx/5xx в части, касающейся использования/формирования рабочих напряжений. Эта информация является дополнением к статье «Диагностика типовых поломок видеокарт AMD Radeon RX», посвященной устранению неисправностей видеокарт линейки Radeon RX 4xx/5xx.

Схемотехника цепей питания видеокарт AMD серии RX

На платах видеокарт AMD серий RX 4xx/5xx используются как цифровые преобразователи напряжения, так и линейные. В качестве входных используются питающие напряжения +3,3 и +12 вольт из слота PCI-E и +12 V от 8-пинового разъема питания.

Основная энергия для питания видеокарты снимается с цепи постоянного напряжения +12 вольт:

Для формирования напряжения для видеопроцессора (GPU) применяется мультифазная схема формирования рабочих напряжений с ШИМ-контролем нескольких поочередно включающихся фаз VRM.

Упрощенная блок-схема, иллюстрирующая основные цепи электропитания видеокарт AMD RX 4xx/5xx:

На видеокартах AMD серий RX 4xx/5xx используются/формируются следующие напряжения:

  • питание, формируемое из входного напряжения +12 вольт:
  1. +VDDС (или VCore, GPU Voltage, Vgpu) – программно регулируемое питание видеопроцессора (GPU) — до 1,1-1,3 вольта (для экономии электроэнергии и снижения температуры карт при майнинге это напряжение желательно снизить до 820-850 мВ);
  2. программно регулируемый вольтаж +VDDСI;
  3. +MVDD (или Vmem) – программно регулируемое напряжение чипов памяти GDDR5 (до 1,6 вольт в зависимости от производителя);
  4. +0,8 вольт (линия питания контроллера PCI-E);
  5. +5 вольт;
  6. FAN, питание вентиляторов.
  • напряжения, формируемые из питающего напряжения +3,3 вольт (VCC, берется из слота PCI-E материнской платы/райзера, используется для питания ШИМ):
  1. 1,8 вольт (питание тактового генератора);
  2. 3,3 вольта DP – питание DP_PWR для Display Port;
  3. VDDR3;
  • VDDC, формируемое из напряжения +VDDС (используется SMPS-цифровой преобразователь напряжения);
  • VDDCI, формируемое из напряжения +VDDС (SMPS-цифровой преобразователь напряжения);
  • напряжения чипов памяти VDDR1 и MVDDQ/C (вольтаж выходного буфера видеопамяти), формируемые из напряжения +MVDD (используется SMPS-преобразователь);
  • VDD 1.8 V (вольтаж входного буфера видеопамяти), TSVDD — формируются из напряжения +1,8 V (используются линейные преобразователи напряжения);
  • VDD_08, BIF_VDDC, EVDDC – формируются из напряжения +0,8 вольт.

Входное напряжение +12 вольт берется как из слота PCI-E, так и из разъема дополнительного источника питания. Распределение отбираемой мощности обычно осуществляется программным способом с помощью ШИМ-контроллера. Отбор мощности регулируется с помощью шины I2C с шагом от 0 до 15.

Для справки:

Первые видеокарты Radeon RX имели баг в драйверах, из-за которого осуществлялся слишком большой отбор мощности от материнской платы (его величина была установлена на уровне, равном отбираемой мощности из разъема доппитания). Это приводило к превышению допустимого тока из слота PCI-E, что в результате становилось причиной выхода из строя motherboard в ригах с несколькими видеокартами. В исправленных версиях драйверов видеокарт (16.7.1+) величина отбираемого тока для фаз выставляется на уровне 13 и выше, что значительно снижает нагрузку на слот PCI-E.

Основное потребление видеокарты складывается из мощности, потребляемой по линиям фаз питания GPU (VDDC), памяти (MVDD), а также PLL (VDDCI) и контроллера PCI-E (+0,8 вольт). Именно на этих участках используются участки схем с ШИМ-регулировкой напряжения:

Последовательность появления напряжений на видеокартах AMD RX 4xx/5xx

При включении видеокарт AMD RX 4xx/5xx из питающего напряжения формируются необходимые вольтажи в такой последовательности:

  1. +1,8 V;
  2. 0,935 V;
  3. BIF_VDDC, VDDC;
  4. VDDCI, MVDD.

Наибольшее потребление тока в видеокартах идет по цепи питания видеопроцессора – линия +VDDС. Поэтому именно в фазах питания, формирующих напряжение для GPU, чаще всего случаются неисправности, вызванные выходом из строя полевых транзисторов и/или фильтрующих/блокировочных конденсаторов.

Фазы питания GPU видеокарт AMD Radeon RX4xx/5xx

Подсистема питания большинства видеокарт Radeon RX480 построена по эталонной схеме «n+1» или «n+2», в которой n фаз отведены под GPU и одна/две – на видеопамять/напряжение AUX.

В качестве ШИМ-контроллера, управляющего работой фаз обычно применяются микросхемы IR 3567B, ее ребрендинг DIGI+ ASP1300 (ASUS), NCP81022, up9505 (MSI RX5xx), APW8722A (XFX) и другие.

Контроллер ШИМ IR3567B на плате AMD Radeon RX480 со стандартными двухтранзисторными 6 фазами питания GPU:

Примеры реализации VRM видеокарт AMD Radeon серии RX различными производителями

Каждая фаза питания видеокарт AMD Radeon серии RX построена по топологии HALF BRIDGE с понижающим DC-DC преобразованием питающих 12 вольт в нужное напряжение (VDDC, MVDD и AUX) под управлением ШИМ-контроллера (для VDDC это часто чип IR 3567B или его модификации).

Упрощенная схема взаимодействия электронных компонентов одной фазы питания видеокарты, построенной по топологии HALF BRIDGE:

Напряжение +3,3 и частично +12 вольт видеокарты получают от слота PCI-E по контактам A2, A3, B1, B2, B3 (12 вольт) и B8, B10, A9, A10 (+3,3 вольт) :

На референсных платах AMD Radeon RX в каждой фазе используются:

  • в верхнем плече — ключевой FET-транзистор MDU1514U;
  • в нижнем – MDU1517 (MDU1511);
  • двухканальный LED-драйвер управления мосфетами — Infineon CHL8510CR (6A 2-OUT Hi/Lo Side, корпус 10-Pin DFN);
  • накопительный дроссель L502 на 0,22 мкгн.

Схема фазы питания AMD Radeon RX480 (reference):

Электронные элементы шестифазной системы питания AMD Radeon RX 4xx/5xx:

На выходе параллельно соединенных фаз питания VDDC стоят блокировочные конденсаторы номиналом 560 мкф, 820 мкф, 22 мкф:

Блокировочные конденсаторы на входе PCI-E коннектора видеокарт Radeon RX480 по линиям +3,3 и +12 вольт:

Подробнее о назначении этих конденсаторов можно прочитать в статье «О роли блокировочных конденсаторов фаз питания видеокарт».

Схемотехника фаз питания видеокарт серии RX разных производителей

Каждый производитель использует свои решения в реализации фаз питания, при этом может изменяться количество использующихся фаз, транзисторов и других деталей.

У видеокарт ASUS серии RX модификации STRIX используется шестифазная схема VRM, управляющаяся контроллером Digi+ ASP1300 (ребрендинг IR3567B) c интегрированными силовыми ключами IR3555 PowIRstage (Vcore) Питание памяти Vmem обеспечивается одной фазой, управляемой uP1541R, с 2 low side транзисторами QM3056, одним MOSFET-ом верхнего плеча QM3054. Вспомогательное напряжение Vaux формируется аналогичной фазой (uP1541R + 2 QM3056 и 1 QM3054):

Микросхема ШИМ DIGI+ ASP1300 (ASUS):

Питание плат Sapphire Pulse RX 580, а также модификаций Nitro, собрано на N-канальных транзисторах 4C10N фирмы On Semiconductors (2 шт. – нижнее и 1 – верхнее плечо фазы) и силовых ключах Vishay SIC632A:

Фазы питания у этих карт управляются ШИМ NCP81022 (3+1 канал). На платах Sapphire RX 580 Nitro/Nitro+ (до 6 виртуальных фаз) с более мощным VRM используются удвоители фаз, установленные на обратной стороне платы.

У видеокарт XFX RX 480 GTR с мощнейшим VRM используется 6 фаз с ШИМ IR 3567B (работает на частоте 304KHz). В каждой фазе используется 1 транзистор IRF6894 (low side) и один IRF6811 (high side):

Большинство видеокарт производства фирмы MSI отличается в худшую сторону отсутствием предохранителей даже по линии +12 вольт.

Пример практической реализации цепей питания видеокарт AMD серий RX 4xx/5xx на примере модели MSI Gaming X (транзисторы QM3816N6):

Питание памяти GDDR5

В видеокартах Radeon RX используется память GDDR5 с чипами размером 12mm x 14mm со 170-контактами (170-ball FBGA), которая запитывается следующими напряжениями:

  • VDD Supply Power supply: до 1.6V и 1.35V;
  • VDDQ Supply DQ power supply — до 1.6V и 1.35V;
  • напряжение VREFC Supply Reference контроля и адресации, а также вольтаж VREFD Supply Reference для обмена данными – постоянно подающиеся на чипы памяти опорные напряжения.

Для чипов памяти обычно используется 1-2 фазы питания, которые работают от напряжения +12 вольт, снимаемого с шины PCI-E либо с 8-пинового коннектора дополнительного питания.

Эти напряжения не потребляют большой ток и в основном отбираются из фазы питания mvdd:

Линейный преобразователь для формирования напряжения VREFC из вольтажа +MVDD:

Для питания памяти на эталонных четырехгиговых картах часто используется одна фаза

Фрагмент эталонной платы AMD Radeon RX480 с одной фазой питания памяти:

Управление фазой питания памяти осуществляется ШИМ-контроллером GS7256:

Питание памяти и вольтаж AUX у XFX RX 480 обеспечивается одинаковыми фазами под управлением APW8722A

Схема формирования напряжения VDDCI (используются транзисторы MDU1514 — low side и MDU1511/MDU1517 — high side):

Другие регуляторы напряжения (SMALL RAIL REGULATORS)

На эталонных картах напряжение +1.8 V формируется из питающего напряжения +3.3 вольта с PCI-E BUS с помощью линейного стабилизатора GS7133 (аналоги AME8846, G9661/966A, APL5920/PL5932, AX6613/AX6614, GS2231, uP0104/uP7704, RT9018/RT9042/RT9059, GS7105):

Регулятор напряжения для цепи + 5 вольт построен на микросхеме MC78M05CDT (питающее напряжение +12 вольт):

В цепях формирования напряжения +0,8 вольт используется DC-DC преобразователь постоянного напряжения GS9238 (аналог APW8713):

Микросхема GS9238 на плате MSI RX570:

Для более полного изучения схемотехники видеокарт АМД серии RX можно воспользоваться альбомом схем отсюда.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Arabic AR English EN French FR German DE Russian RU Spanish ES