超合金\显卡供电设计的创新 超合金供电

　　传统显卡供电设计的不足 　　 　　目前，显卡主要采用数字供电和模拟供电两种供电方式。数字供电由于成本较高，一般使用在AMD或者NVIDIA高端公版显卡以及部分非公版高端显卡上，它的优势是稳定性高，ESR值更低，更利于超频，不足在于成本和温度相对较高。模拟供电是目前最主流、最成熟的供电设计方案，广泛应用在各种档次的显卡上。它的优势是成本相对较低，稳定性基本令人满意，不足之处是在进行极限超频时会捉襟见肘。判断两者的方法是看显卡使用的PWM芯片，如果采用数字PWM芯片那么该显卡就是数字供电，如果采用模拟PWM芯片就是模拟供电。
　　虽然采用数字供电的显卡的整体用料优于采用模拟供电的显卡，但两者供电部分所采用的元器件的材质却是大同小异的，例如所采用的电感一般是铁氧体或者铁素体的单一材质，在进行能量转换的时候损耗和发热量相对较高。针对这种情况，华硕在2011年推出了全新的Super Alloy Power超合金供电显卡，对显卡供电部分的元器件进行了变革。那么本文介绍的EAH6870 DC/2D12S/1GD5显卡(以下简称“超合金显卡”)和传统供电设计的显卡究竟有何不同呢?
　　超合金显卡供电设计解读
　　首先，我们来看看该显卡的供电设计。它使用了6相核心、1相显存、1相I/O(VDDCI，这种设计就可以保证显卡在2D状态下正常工作，确保在低频下的稳定性)的供电设计。
　　该显卡每相供电搭配了2个Powerpak封装形式的MOSFET，该封装形式的MOSFET和常见的LFPAK封装的MOSFET一样，都具备温度较低、工作频率高和稳定性可靠的特点。它的核心频率和显存频率分别为915MHz和4200MHz，略高于公版。
　　虽然该显卡的供电设计属于比较出色的方案，但咋眼一看似乎并没有特别之处，和同类产品的供电设计并没有明显区别。不过正如上文所说，传统显卡供电部分的元器件所使用的材质多为单一的金属，因此显卡在进行供电能量转换的时候，容易出现不稳定的情况。而该显卡最大的奥秘正是供电系统，为了改变传统供电设计的不足，该显卡供电部分使用的元器件加入了在高温高压下制造的超合金材质，超合金材质主要由铁，硅，铬三种元素组成。加入超合金后的供电系统的温度表现更理想，进而提升显卡的稳定性和超频性。
　　超合金供电系统包括了超合金电感、超合金电容、超合金MOSFET和超合金混合动力引擎四个部分，目前暂时只有电感加入了超合金材质，其余部分主要是通过用料的加强来提升料件的稳定性。
　　
　　超合金电感
　　传统显卡的电感采用的是铁氧体或者铁素体的单一材质，在一定程度上容易出现转换效率低、发热量高和高频噪音等情况。而华硕超合金显卡的电感的材质是由铁、硅和铝三种元素组成的合金体，在高温高压下冲压成型，在供电能量转换时的表现更好，具备耐高温、高频不出现噪音的特点。
　　
　　超合金电容
　　普通固态电容的主要材质是铝和有机聚合物，使用寿命在20000小时左右。超合金电容也使用了这种材质，但据华硕称它的使用寿命可以更长，可靠性更高。据华硕称，这种电容是经过特别挑选的，在品质上更有保障。而且与普通固态电容相比，它的ESR(等效串联阻抗)更低，对电源的滤波效果更佳，并且能在更高的温度环境下长时间工作。
　　
　　超合金MOSFET
　　MOSFET的主要材质是硅，该显卡采用的超合金MOSFET也使用了这种材质，但用料和品质更好。这使得超合金MOSFET可以在更高的电压下工作，即使在受到了高压的冲击也很难损坏，所以可靠性更高。此外，它采用的Power-pak封装形式的MOSFET也保证了低Rds(on)(导通阻抗)，能量损耗和发热量更低。
　　
　　超合金混合动力引擎
　　该显卡的超合金混合动力引擎主要是由一颗名为Supperhybrid engine的PWM供电芯片来实现的，该PWM芯片曾出现在华硕顶级的玩家国度显卡上。它主要负责显卡的电源管理，同时加入了一些特有的功能：
　　1　自动切换供电回路功能：在GPU负载比较轻的时候自动减少相位数，减少不必要的损耗。在GPU负载重的时候又会将所有相位开启，以保证足够的电源供应，提高超频性能。
　　2　2D/3D自动升降压功能：该PWM芯片会根据不同的GPU工作模式来选择合适的GPU核心电压，以达到兼顾性能和节能的目的。
　　3　Voltage tweek功能：用户可根据自己的需要调整GPU电压以提高超频性能
　　
　　性能实测
　　
　　我们组建了英特尔Core i7 875k平台，来看看超合金显卡的特别设计究竟能为它带来怎样的性能提升。我们将使用《异形大战铁血战士》和3DMark 11等主流的DirectX 11游戏和基准测试软件来测试该显卡的默认性能，并加入公版Radeon HD 6870显卡进行对比。我们将用FurMarkg寸该显卡进行拷机，来看看其供电部分料件的温度表现。同时，我们还会对它进行超频，来看看超合金供电设计能否显著提升其超频能力。
　　
　　游戏性能略超公版
　　该显卡的游戏性能令人满意，在1920×1080+高画质的模式下能够流畅运行主流的DirectX 11游戏和DirectX 10游戏，并获得较高的游戏帧数，例如在《尘埃2》和《战地2：叛逆联队》中都分别获得了61.4fps和59fps的游戏帧率。由于其频率相对公版只有少许提升，因此它的性能基本和公版持平，略有领先。
　　
　　温度表现不错
　　该显卡的待机温度和满载温度分别为33℃和79℃，虽然这个散热成绩和公版显卡相差不大(公版的待机温度和满载温度分别为34℃和81℃)，但超合金显卡无论在待机状态还是满载状态的噪音都很低(散热器待机转速和满载转速分别为1400r/min和1800r/min)，静音效果很出色。而公版显卡由于散热设计不算优秀，因此在满载状态下必须提升风扇的转速，带来了较大的噪音。
　　此外，我们还利用红外线测温枪对该显卡的各个部位进行了侦测。位于核心供电MOSFET部分的散热鳍片的待机温度和满载温度分别为32℃和67℃；位于核心供电部分的固态电容的待机温度和满载温度分别为34℃和70℃；位于显存供电部分处的电感侧面的待机温度和满载温度分别为30℃和48℃(由于电感被散热器遮掩，因此我们只能侦测到电感的侧面部分的温度，电感正面部分的温度会更高)；显卡PCB背部的待机温度和满载温度分别为27℃和56℃。由于公版显卡采用一体式散热器，无法检测供电系统的料件的温度，但根据我们对同档次的非公版高端显卡测试来看，超合金显卡的温度表现处在中上游水平。
　　
　　系统功耗更低，供电转换效率较高 　　公版Radeon HD 6870的待机VDDC(GPU核心)电压为0.945 V，待机系统功耗为76W，满载VDDC电压为1.172V，满载系统功耗287W。该显卡待机VDDC电压为1.05V，待机系统功耗为80W，满载VDDC电压为1.2V，满载系统功耗为293W，比公版高6Wo超合金显卡在VDDC电压和核心频率都更高的情况下，待机系统功耗和满载系统功耗仍然和公版Radeon HD 6870相差无几。
　　为了进一步寻求答案，我们使用华硕显卡自带的SmartDoctor软件将GPU核心电压调低到最接近公版的1.175V，并将频率设置为公版频率，此时其待机系统功耗和满载系统分别为79W和282W，满载系统功耗比公版还要低5W。这意味着该显卡虽然没有采用数字供电设计，但在相同核心、相同频率、相同VDDC电压下，系统功耗表现甚至优于公版产品。这从侧面反映出超合金供电系统的能耗损失较低，转换效率值得肯定。
　　
　　超频能力和公版持平
　　超频方面，该显卡的核心频率和显存频率分别能超频至1000MHz和4800MHz，核心频率和显存频率的超频幅度分别达到了9％和15％。在超频状态下，该显卡的综合游戏性能提升了10％左右，例如在3DMark 11Performance测试中，它的分数达到了P4440，较默认状态提升了9％。相比之下，公版显卡只能超频至970MHz和4800MHz。考虑到超合金显卡的VDDC电压稍高，我们再次将其VDDC电压调至1.175V，此时它的超频幅度有所下降，为980MHz和4800MHz，但仍高于公版。在相同核心、VDDC电压稍高的情况下，超合金显卡的超频表现更好，而在相同核心、相同VDDC电压的情况下，超合金显卡的超频能力略超出公版。考虑到GPU核心的体质问题，我们可以认为超合金显卡的超频能力和公版基本持平，超合金供电系统在一定程度上提升了该显卡的超频性能。
　　
　　超合金供电：再接再厉
　　过去，一些高端显卡习惯以使用了多少回路供电设计，使用了数字供电设计等作为产品的重要卖点，但这些都是既有的设计，并不能有效体现显卡差异化的特点。而华硕合金供电显卡不走寻常路，在供电系统的所使用的料件上进行了大胆创新，加入了超合金。而且它的用料扎实，诸如接口进行全屏蔽处理和镀镍的散热设计也体现了产品的特点。我们的测试也表明，超合金供电设计确实有助于提升产品的稳定性和超频性，值得肯定。另一方面，该显卡并没有因为加入了超合金设计而提高售价，1999元的售价和同类产品保持了一致。
　　当然，超合金供电设计也并非无懈可击，目前超合金设计并没有全面引入到供电部分的料件上，暂时只有电感使用了超合金，希望华硕未来能够加强这方面的研发。同时，在下一代超合金显卡上，我们也有望看到采用数字供电设计的超合金显卡，这必定会进一步提升产品的品质。另据华硕称，超合金供电设计将逐步引入到华硕的显卡产品线，会有更多的玩家和用户体验到这种新设计带来的新体验(在本期的《新品速递》栏目中，华硕GeForce GTX 550Ti显卡就已经加入了超合金供电设计)。
　　
　　超合金显卡采用的是数字供电设计吗?
　　尽管目前采用数字供电设计显卡仍然使用传统材质的料件，但正如上文所说，采用数字供电的显卡在稳定性和转换效率等方面的表现更好，因此它目前以及未来相当长时间内仍将是高端显卡的最佳搭档。虽然本文介绍的华硕超合金供电显卡对部分料件进行了创新设计，可以进一步提升显卡的稳定性，但它仍然采用的是模拟供电设计，这会影响到该显卡的表现吗?
　　事实上，采用数字供电的显卡往往还使用了加强的料件设计，如一体式排感等，这样才能进一步提升整个供电系统的稳定性。这说明数字供电显卡仅仅采用数字式供电芯片是不够的，还必须依靠周边料件的加强，才能发挥数字供电设计的优势。而超合金显卡虽然没有采用数字供电，但使用了超合金的料件，供电系统仍然可以达到很高的转换效率。根据华硕的数据，该显卡在轻载和满载时的转换效率都超过了90％，已经达到了数字供电系统的水平。
　　当然，华硕也表示接下来超合金供电显卡将朝数字供电设计发展，这是他们接下来的目标和研发方向。