Напряжение питания процессоров

🕛 24.09.2009, 12:30

В последнее время явно прослеживается тенденция к снижению напряжения питания процессоров. Наиболее очевидным следствием этого является снижение потребляемой мощности. Конечно, если потребляемая мощность меньше, то функционирование системы обходится дешевле; еще более важно снижение потребляемой мощности для переносных систем, так как благодаря этому компьютер может работать намного дольше на одной и той же батарее. Именно значительное удлинение срока службы батареи, вызванное снижением потребляемой мощности, повлекло за собой множество усовершенствований, направленных на понижение напряжения питания процессора.
Еще одним преимуществом является то, что при пониженном напряжении, а следовательно, и при более низкой потребляемой мощности выделяется меньше тепла. Процессор и вентилятор можно размещать ближе к другим компонентам, т.е. упаковка системы может быть более плотной; кроме того, срок службы процессора возрастает. К преимуществам можно отнести и то, что процессор вместе с вентилятором потребляет меньшую мощность, а потому может работать быстрее. Именно благодаря снижению напряжения удалось повысить тактовую частоту процессоров.
До выпуска портативных компьютеров на базе Pentium и Pentium MMX в большинстве процессоров использовалось одно и то же напряжение и для процессора, и для схем ввода-вывода. Вначале большинство процессоров, а также схемы ввода-вывода работали при напряжении, равном 5 В, которое позже было снижено до 3,5 или 3,3 В (в целях уменьшения потребляемой мощности). Когда один и тот же уровень напряжения используется для процессора, его внешней шины и сигналов схем ввода-вывода, говорят, что такой процессор использует единственный, или унифицированный, уровень напряжения.
При создании процессора Pentium для переносных компьютеров компанией Intel был разработан способ, применяя который можно значительно уменьшить потребляемую мощность при сохранении совместимости с существующими наборами микросхем системной логики, микросхемами логики шины, микросхемами памяти и другими компонентами, рассчитанными на 3,3 В. Благодаря этому был создан компьютер с двумя уровнями напряжения, или с расщеплением уровня напряжения, в котором процессор использовал более низкое напряжение, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Это новшество стали называть технологией уменьшения напряжения (Voltage Reduction Technology - VRT); оно появилось в портативных вариантах процессора Pentium в 1996 году. Позже два уровня напряжения использовались также в процессорах для настольных систем; например, Pentium MMX был рассчитан на напряжение 2,8 В, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Теперь в большинстве современных процессоров как для переносных, так и для настольных компьютеров возможны два уровня напряжения. В некоторых современных процессорах типа Mobile Pentium II используется напряжение 1,6 В, хотя все еще поддерживается совместимость с компонентами ввода-вывода, работающими при напряжении 3,3 В.
Гнезда Socket 370, Socket 478, Socket A, Socket 604, Socket 754, Socket 940 и разъемы процессоров Pentium Pro (Socket 8) и Pentium II (Slot 1 или Slot 2) имеют специальные контакты - Voltage ID (VID), которые используются процессором для сообщения системной плате точных значений необходимого напряжения. Это позволяет преобразователям напряжения, встроенным в системную плату, автоматически устанавливать правильный уровень напряжения сразу при установке процессора.
К сожалению, в Socket 7 и в системных платах, рассчитанных на более ранние версии процессоров, возможность автоматической установки напряжения не предусмотрена. Это означает, что необходимо устанавливать перемычки или указывать напряжение для устанавливаемого процессора при конфигурировании системной платы вручную. Для процессоров Pentium (Socket 4, Socket 5 или Socket 7) требуются различные напряжения, но последние процессоры версии MMX рассчитаны на напряжение 2,8 В, за исключением процессоров Pentium для переносных компьютеров, работающих при напряжении 1,8 В. Напряжения, потребляемые процессорами, приведены в табл. 3.19. Некоторые модели процессоров в исполнении Socket 7 использовали двойное питание: отдельное питание цепей ввода-вывода и отдельное питание ядра.
Напряжения, используемые процессорами с одним и двумя уровнями напряжения

Обычно приемлемый диапазон составляет ±5% от номинального напряжения.
Большинство системных плат с гнездом типа Socket 7, а также рассчитанные на более поздние версии процессоров Pentium для совместимости с будущими устройствами поддерживают несколько уровней напряжения (например, 2,5; 2,7; 2,8 и 2,9 В). Преобразователь напряжения, встроенный в системную плату, трансформирует напряжение питания в напряжения различных уровней, необходимые для питания процессора. Значения соответствующих напряжений должны быть указаны в документации к системной плате и процессору.
Процессоры Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III/4 автоматически устанавливают величину напряжения питания, управляя встроенным в системную плату преобразователем напряжения через контакты Voltage ID (VID).
Обратите внимание: в режимах питания STD или VRE величины напряжения, подаваемого на ядро процессора и схемы ввода-вывода практически одинаковы; такие режимы называется одноуровневыми. При установке какого-либо другого режима, отличного от STD или VRE, системная плата по умолчанию переходит на двухуровневый режим, при котором на ядро процессора подается какое-либо определенное напряжение, а на схемы ввода-вывода - постоянное по величине напряжение, равное 3,3 В.
Гнездо Socket 5 предназначалось для поддержки режимов STD или VRE. Любой процессор, работающий в этих режимах, может быть установлен как в Socket 5, так и в Socket 7. Конструкция разъемов Socket 4 позволяет обеспечить только одно значение напряжения - 5 В, а также имеет ряд конструктивных отличий. В частности, это совершенно разные схемы выводов и уменьшенное количество контактов. Таким образом, процессор, разработанный для гнезд Socket 7 или Socket 5, нельзя использовать в конструкциях более ранних версий.
Начиная с Pentium Pro, все новые процессоры (Celeron, Pentium II/III/4, AMD Duron, Athlon, Athlon XP и Athlon 64) автоматически определяют параметры напряжения с помощью встроенного в системную плату регулятора. Для этого применяются контакты VID.
Системные платы последних версий позволяют в целях повышения производительности отменить установленное значение напряжения. Причем эту величину можно изменить вручную, ведь для разгона процессора достаточно увеличить напряжение на десятую часть вольта.

Следует заметить, что в этом случае, конечно, увеличивается нагрев процессора, поэтому необходимо принять соответствующие меры по отводу избыточного тепла.
Замечание
Хотя современные процессоры используют контакты VID для обеспечения выбора процессором корректного напряжения, некоторые более новые модели процессоров, предназначенные для установки в гнездо ‘‘старого’’ типа, могут потребовать напряжение, не поддерживаемое системной платой. Прежде чем выполнять модернизацию системы, устанавливая более новый и быстрый процессор, убедитесь в том, что его поддерживает системная плата. Очень часто для обеспечения поддержки достаточно обновить системную BIOS.