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浅谈几个CPU电压的概念 VID Offset Load-Line Calibration

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magicspectre 发表于 2010-12-1 23:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:62098|回复数:59

  不入虎穴焉得虎子,超频也是一样,没有投入就没有回报,对于玩家来说,投入的是时间,金钱,精力,回报的是折腾的乐趣,性能的提升和超频经验值的增长。而对于CPU来说,更高频率的提升,需要的就是更大的电流,也就是需要更高的电压,于是就有了超频最基础的一个手段—加压。当然你可以说我用默电超频我自豪,但是默电又是如何得来的;而如果想突破更高的频率,加压的原理又是如何;加压超频后的稳定性测试,放掉压的机制是如何保障超频的稳定性的---这里就涉及到几个概念,VID Offset Load-LineCalibration。因为我也不具备更专业的理论知识,所以谨以此文当作抛砖引玉,来讨论一下这几个概念。


2楼 主板供电的基本原理,VID。

3楼 Offset与Manual 两种供电方式孰优孰劣

4楼 Load-Line Calibration

5楼 总结 Changelog 讨论节选

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magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-1 23:56 | 显示全部楼层

VID

本帖最后由 magicspectre 于 2010-12-1 23:59 编辑


在模拟供电中,上图表达的就是最基本的一种四相供电方式,

   PWM(Pulse Width Modulation)控制器,其原理是CPU提供一组反馈电压和参考电压,也就是n位的VID信号。CPU将 n位的VID信号输送给PWM控制芯片作为产生Vcore电压的基准。主控芯片产生四路脉宽可调的方波,每相错开90度相位(三相就是三路方波,每相错开 120度,以此类推),送到四相的MOSFET驱动芯片去。驱动芯片受到方波的控制,以一定的间隔向上桥和下桥MOS管的栅极轮流送去方波,在一个周期的 一定时间里上桥导通,另一段时间里下桥导通,电流分别经过上桥和下桥流过扼流圈,四相的电流合在一起,由滤波电容平滑就得到了输出给CPU的Vcore。 当负载变化或者输出电压有偏差时,主控芯片监测到变化,相应地调整PWM方波信号的脉宽占空比,输出电压就受调节回到预定值。


VID
其实就是一组数字信号,PWM控制器中,数模转换模块将不同VID转换成不同的参考电压,VID的位数越多,电压的控制越精细,而早期所有的英特尔和AMD CPU都是通过一组并行VID来控制CPU的电压。


在AMD的K10架构中,采用了分离供电的方式来对CPU Core和CPU-NB这两部分输送电流,而这Vcore和Vnb都有独立的VID。也就是说CPU主频和CPU-NB的频率都有独立的默认电压,对于超频来说也就有这独立的体质。不同批次流水线下来的产品,CPU VID和CPU-NB VID很可能都大不相同。也就是说不同CPU默电本来就可能不相同,所以讨论时 A说我的CPU可以默电4G,B说我的CPU可以默电3.6G这里的默电完全不能等同为同一个电压,这也是我一直劝大家不要一再的用默电超频这个概念来描述CPU的体质。



VID
可以当作CPU本身的一个电压身份证,在主板点亮通电时告诉主板需要提供的电压是多少,后面实际主板提供的电压是高是低,那都是主板自己的演绎。而很多人就会把VID这个电压身份证解读成很多歧义,比较普遍的几个:

同型号的

VID高的体质差,VID低的体质好。

VID高的发热低,VID低的加压之后比VID高的功耗高。

等等等等

这些都是没有理由以及依据的,同样的芯片,电压加得高的,功耗和温度肯定不会比电压低的来得少,来得低。这和VID是没有关系的,VID只是一个身份证,唯VID论者,相当于只看一个人的身份证,然后就草率的判断出一个人的能力。所以VID是浮云,默电是浮云,体质是超出来的,不是VID判断出来的;功耗温度是实际测出来的,也不是由VID来决定的。


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magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-1 23:56 | 显示全部楼层

Offset vs Manual 供电方式孰优孰劣

本帖最后由 magicspectre 于 2010-12-2 07:40 编辑


主板对CPU加压的方式,主要是Manual和Offset两种。前者顾名思义就是手动指定一个电压给Vcore,透过SMBus写入。这种供电的方式的优点在于简单直接,在不知道VID的情况下,可以很简单的直接指定一个电压进行超频,对于摸索CPU的体质有很大的帮助,只要设定好一定的电压,在主板不掉压的情况下,就可以尝试得到这个电压下能稳定的最高频率。缺点是部分主板用Manual供电之后,不能打开降压的节能。


Offset,顾名思义就是根据预设的电压(VID),然后补偿一个设定的电压。比如VID为1.25V,设置的Offset为+0.05V,那么如果主板的bios没有bug的话,就是1.3V。


加压的方式就这两种,但是各家演绎的方式却各不相同,但是每家主板的实现方式和bios支持都各不相同,而即使是同一家的主板,由于档次的高低,加压的方式也不一定是一样的。比如ASUS的8系板中,低端的M4A88T-M,就只有Offset的方式。而千元以上的中高端板子,比如M4A89GTD Pro/USB3,就有Manual和Offset两种方式,而其他1156 1366系列的主板也是如此。而技嘉的BIOS则是通俗易懂,以至于699的走量板880GA-UD3H,和AMD平台的旗舰板890FXA-UD7都是采用同一种供电方式—Manual,区别就是UD7可调的电压更细更丰富。而技嘉的1156主板中,也是Offset和Manual都有。


把ASUS和Gigabyte归为同一类,是因为这两家的主板是不会对VID进行补偿或者修改的,VID是唯一的不可改变的,这样就保证了offset的准确性。而另外一种Offset的方式,就是要对VID进行“修改“或者换一种说法就是补偿的。比较典型的例子就是MSI和映泰的主板,你可以在BIOS中”设定“一个VID。这里说的引号,是指CPU的VID信号是不能通过BIOS设定来写入的,pwm芯片只能通过D-A转换,把VID这个数字信号转换成模拟的信号,然后再对这个模拟信号进行放大,而放大的幅度就是通过MSI的Bios中VID的设置选项来控制的。比如MSI的旗舰板890FXA-GD70。


在这里的设定中,CPU VDD Voltage 就是MSI“设定“的VID,设定到1.4V以后,进入系统,在CoreTemp里面可以看到CPU VID就变成了1.4V。




MSI
通过这种补偿方式将VID补偿到1.4V,然后如果你需要在这个基础上再加压,就要通过CPU Voltage来加压。


而映泰的TA890GXE中,也是异曲同工。


通过Offset电压来给CPU加压。


补偿VID。


这样的方式对于超频玩家来说,是很难把握住的。

首先,不同的VID+Offset的组合,虽然中理论中得到的电压是一样的,但是实际上却大不相同。这样就人为的增加了玩家设定的难度。

其次,不同VID+Offset的组合,可能会出现bug导致超频不成功,甚至点不亮。比如1055T在890FXA-UD7上的设定,如果VID设置为1.45V,Offset为0的状态下,就直接点不亮。

最后,更头疼的就是不同的VID+Offset的组合,在拷机测试中的电压浮动很难控制。而且这种方式下,电压的浮动很大,这样其实对稳定性的测试是很不利的。

比如VID+Offset=1.275(原始VID)+0.17=1.445V的组合中,实际得到的电压为1.392V~1.424V(idle~load)

而同样VID+Offset=1.4+0.045(3楼第一张图)的组合,实际得到的电压为1.432~1.472V。


为什么会出现这种现象,我的猜测是VID 1.275中,主板没有对VID进行补偿,直接通过Offset电压来给CPU加压。这样的后果就是主板供给的电压出现了掉压的情况,所以得到的电压范围是1.392~1.424V

而VID补偿到1.4V之后,但是由于补偿实现方式或者是VID修改之后自动开启的放掉压机制,使得最终得到的电压稍微高出原本的设定值1.445V。


这里就有一个疑问,MSI的BIOS是通过什么样的方式来补偿VID的?

假设1   设定VID是对原本VID的一个百分比的放大,而你看到的BIOS里面的1.4V 1.45V 只是百分比大小的一种体现形式,并不是直接指定放大到1.4V或者1.45V


这样的情况,在实际的超频中,比如VID 1.25V 如果设定VID=1.45V 这个放大的倍数就相对较大,由于这张板子没有LLC的选项,使得电压波动的情况加剧。


假设2 设定VID 通过AD转换与原本VID进行比较与运算,然后根据这个运算的值来放大原本的VID。




在这里就引申出放掉压Load-LineCalibration的概念。

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magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-1 23:57 | 显示全部楼层

Load-Line Calibration

本帖最后由 magicspectre 于 2010-12-2 00:04 编辑

即使豪华如十几相供电的主板,往往也不能完全避免在高负载的时候掉压的情况。对此现象,主板厂商们并没有坐视不管,一个叫做Load Line Calibration的BIOS选项逐渐出现中高端主板上。Load Line Calibration对于稳压有极佳的效果。在高负载的时候,CPU电压不但往往是不下载,还能稍稍升高一点,超频的稳定性是大为提升。

掉压其实来自于Intel的理论

几乎所有反对使用Load Line Calibration的人都会引用这篇文章: http://www.anandtech.com/show/2404/5。这篇文章来自于国外著名网站Anadtech,发布于2007年底。这篇文章提出了一个当时很少为人所知的一个要点,CPU高负载时主板的掉压,其实正是Intel对于电源供应的要求!Intel把这个掉压叫做Vdroop。

为什么Intel会要这样一个掉压的机制呢?这个要从主板上的稳压电路说起。这种电路的一个基本的原理就是检测输出端的电压变化,然后进行相应调整的负反馈机制。既然要检测到变化再行调整,那么一定的波动就是不可避免的了。在普通情况下,电压波动一般是极小的,但是在电流有很大变化的情况下,电压会瞬间出 现一个较大的振荡。比较讨厌的情况是从高负载向低负载转换的瞬间,也就是电流突然由大变小的时候,电压的振荡产生的尖刺可能会比平时高不少。这正是 Intel所担心的,即使只是在一瞬间超过CPU所能承受的最高电压,CPU也可能受到损坏。下图就是Anandtech文章里对这个现象的一个示意图。



因此,Intel要求电源稳压器具有Vdroop的功能,在电流增加时,输出的电压有相应的减小。当负载由大变小时,由于基准电压比较低,即使这时有一个 尖刺,加起来的最高电压也会在合理的范围内,不会达到损坏CPU的程度。2007年底,45纳米的CPU在市场上出现还没多久,Anandtech指 出,45纳米的CPU耐压能力比以前的65纳米等要低不少,因此最好不要开启Load Line Calibration,以避免可能产生的对CPU的损坏。

开还是关?

谈起Load Line Calibration,固然还是有很多人会建议关闭之,但是如果您有心去搜索一下的话,能找到有人说因为开了Load Line Calibration而导致CPU损坏的吗?答案是没有。事实上,Intel的各种技术数据限制往往是比较保守的。比如酷睿E系列的处理器绝对最大电压是1.45V,这个“绝对最大电压”意思是说超过之就很可能会烧掉CPU的,但是网上用1.45V甚至更高的电压进行超频的不在少数,说因此烧毁的可是很 少见。i5和i7的绝对最大电压更降低到1.4V,同样,你看到有人说加压到1.4V烧掉i5或者i7的吗?
另一方面,开启Load Line Calibration是否一定会导致CPU需要是不是承受瞬间的高压呢?Anandtech所做的仅仅是把Intel的理论描述了一遍,而没有任何实际的测试结果。这个理论所说的仅仅可能发生情况,但它一定会在您的主板上发生吗?
今年8月,另一个国外网站Overclockers的编辑决定重新探讨一下Load Line Calibration的优劣,不过他们采取的方法不是理论分析,而是拿起示波器实际测量!他们使用了一块华硕的P5Q主板,把示波器的探头直接接到 CPU的背面,这里已经非常地接近实际的CPU的电压了。打开Load Line Calibration后,经过一番测试,他们并没有能够从示波器上抓到电压的异常。尽管从一些用词上可以看出他们并不算非常专业,比如他们错用了 jitter,而不是ripple来描述电压的波动。但是很明显,这样一个简单的测试并不需要太专业的人员 :-)这样的测试结果表明,Intel所担心的,或许其实很少发生。




  LLC对于超频后的拷机是很有帮助的,不设置LLC很可能设置1.45V,最终拷机的时候只有1.404V,导致拷机的失败。而如果LLC的幅度太大,导致浮动的电压过高,比如一颗1055T需要1.45V能稳定的4G,设置为1.45V,实际浮动到1.488V,这样就应该适当的减少LLC的设置,或者把CPU电压的设定值稍微降低一点,使得满载值稍微超过1.45V即可。

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magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-1 23:57 | 显示全部楼层

结论 Final Words

本帖最后由 magicspectre 于 2010-12-2 00:33 编辑

总结:


其实这几个概念要弄清楚很简单,但是对于很多玩家而言,也没必要弄的太明白。前面的长篇大论其实懒人大可以直接跳过看结论。。。


结论1.
VID是浮云,默电没有统一的标尺功能,体质是超出来的


结论2.
Manual加压给力又省心,K10Stat解决节能烦恼


结论3.
LLC很重要,记得手动Enabled




PS:不要太在意BIOS电压和CPUZ电压的差值,比如C4F的 BIOS设1.421875 CPUZ读数1.464 电压表读数1.439,哪个为准?电压表?万一电压表的GND的电势不是0呢? 所以这里就有更多的疑问,不过对于玩家来说,这种数值的差别,并不会给超频带来很大的影响。 所以当你发现你的BIOS里面显示的电压与CPUZ里的电压不一致,也不用纠结于此,睁一只眼闭一只眼好了。



smatk768 发表于 2010-12-2 00:07 | 显示全部楼层
choron 发表于 2010-12-2 00:32 | 显示全部楼层
Gigabyte好像有加电压吧,我1055t没超频CPU-Z默认1.475V
magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-2 00:34 | 显示全部楼层
回复 7# choron


    技嘉不要用auto 偷压比较严重的  1055T默认 Manual设定1.3V都绝对够了
royalk 发表于 2010-12-2 00:39 | 显示全部楼层
Gigabyte好像有加电压吧,我1055t没超频CPU-Z默认1.475V
choron 发表于 2010-12-2 00:32


你那是turbo电压,技嘉的BIOS认的是B0状态的VID,所以1.475v不奇怪的
royalk 发表于 2010-12-2 00:44 | 显示全部楼层
Gigabyte好像有加电压吧,我1055t没超频CPU-Z默认1.475V
choron 发表于 2010-12-2 00:32


看这个你就明白是什么意思了
关闭turbo,再把CPU电压设normal,右边的值就是P0状态的真正默电
或者减去你加的电压也同样可以算出默电

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schip 发表于 2010-12-2 07:22 | 显示全部楼层
比如VID+Offset=1.275(原始 VID)+1.7=1.445V的组合中,实际得到的电压为
magicspectre 发表于 2010-12-1 23:56

应该是0.17吧
ssyknuwyg 发表于 2010-12-2 08:42 | 显示全部楼层
拜读一下,以后买技嘉
jacklin78 发表于 2010-12-2 09:46 | 显示全部楼层
好文。。。
dodo168vip 发表于 2010-12-2 10:40 | 显示全部楼层
VID是浮云,默电没有统一的标尺功能,体质是超出来的
Jeffryxu 发表于 2010-12-2 11:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 Jeffryxu 于 2010-12-2 11:50 编辑

恩 最近一直纠结于映泰的电压设定  结果Magic就写了这好文 上班中 回家慢慢研究

但是有点奇怪 我在CPU NB VID设置1.3V 在BIOS里面看到CPU NB电压为1.35 都不能稳定NB频率2300

但是OFFSET0.2+VID的1.0125 BIOS里看到为1.24 就可以稳定2500{:4_136:}


悲剧的映泰?
magicspectre  楼主| 发表于 2010-12-2 12:38 | 显示全部楼层
恩 最近一直纠结于映泰的电压设定  结果Magic就写了这好文 上班中 回家慢慢研究

但是有点奇怪 我在CPU NB  ...
Jeffryxu 发表于 2010-12-2 11:44



    所以说这种设定vid+offset的方式很讨厌就是了。。摸不透   但是昨天在890fxa-gd70上发现了这种设定vid+offset一个很神奇的现象
就是调低vid   增加offset的方式可以在更低压的状态下稳定,百思不得其解
ssyknuwyg 发表于 2010-12-2 13:18 | 显示全部楼层
回复 16# magicspectre


    没错,我映泰的调低vid后原本要1.428的现在只要1.404
ssyknuwyg 发表于 2010-12-2 13:20 | 显示全部楼层
回复 15# Jeffryxu


    我映泰cpu-nb 1.175  跑2500,pr95也不见红,cpu电压比较悲剧,3.5g至少要1.404
DICKLI 发表于 2010-12-2 15:22 | 显示全部楼层
学习学习
royalk 发表于 2010-12-2 15:24 | 显示全部楼层
恩 最近一直纠结于映泰的电压设定  结果Magic就写了这好文 上班中 回家慢慢研究

但是有点奇怪 我在CPU NB  ...
Jeffryxu 发表于 2010-12-2 11:44


今天试了下GD70
VID 1.1v点不亮
VID1.125v的时候offset要设到1.476左右才能稳
VID1.4V的时候offset反而可以降到1.344就能稳
但是实际CPUZ电压都是1.4左右
稳定度明显是VID高的要好些
功耗也是VID高的稍微大一点点(几W)
因为offset放大后noise也会跟着放大
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