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【IC】voltage droop

如果您曾经对系统进行过超频,那么很可能在某个时候,您就曾因 Vdroop(电压下降)“问题”而感到困扰。一些用户不明白为什么他们的系统无法将实际处理器电源电压与 BIOS 中指定的值完全匹配,并很快将责任归咎于主板质量;还有一些用户则认为主板空闲和满载处理器电源电压之间的差异是问题所在。实际上,负载线电压下降 (Vdroop) 是任何英特尔电源设计规范中固有的一部分,在维护系统稳定性方面发挥着重要作用。在大多数情况下,关于电源性能不可接受的评论都是毫无根据的。更糟糕的是,消费者对这一经常被误解的设计特性持有不合理的负面看法,最终迫使一些主板制造商响应爱好者的诉求,在 BIOS 中添加了一个选项,有效地禁用了这一重要功能。

根据当前正在运行的任务,处理器负载在系统运行期间可能会发生显著变化。电压调节器模块 (VRM) 电路通过感知处理器负载的瞬时变化来精确调节 CPU 电源电压,然后通过改变用于为多相 LC 网络充电的一组功率 MOSFET 的导通时间来做出响应。该 LC 网络负责提供处理器所需的全部功率。如果 VRM 感知到电源电压下降,它会提供更多电流;如果电压上升,则会提供更多电流。这种感知和校正的循环,即所谓的负反馈,可以以每秒数千到数百万次的频率发生,具体取决于特定电路的开关频率。
就像 CPU 电源一样,CPU 供电电流在较高频率下会快速增加

在 CPU 需求旺盛期间,VRM 电路会努力提供处理器所需的电流。然而,一旦负载消失,VRM 电路必须快速响应,将电流供应降至满足新需求所需的水平。由于 VRM 电路无法即时响应,负载变化越大,最大潜在峰值过冲电压就越大。控制这些峰值的幅度对于维持系统稳定性至关重要。通过在轻载期间将处理器的空载(空闲)电压水平调高,可以承受更大的负电压下降,而不会超过处理器规定的电压下限。此外,根据电源电流“下调”负载电压,VRM 可以有效地将最大正峰值过冲电压(在重载到轻载瞬变期间经历的电压)限制在低于最大允许 CPU 电压的范围内。由此产生的控制系统可确保处理器电源电压无论 CPU 负载如何都不会超过规定的限值。下图有助于说明这些概念。
正如预期的那样,Voffset 和 Vdroop 确保电源电压永远不会超过 CPU VID
CPU VID 设置决定了瞬态条件下允许的处理器电源电压的绝对最大值,而不是目标空闲电压。我们希望此声明能够引起人们对这一重要区别的关注,因为许多人认为事实恰恰相反——这是一个非常常见的错误。Vdroop 和 Voffset 共同作用,确保在高负载到低负载变化期间 CPU 电源电压的峰值远低于设定的最大值。如果您确定 1.17V(如上例所示)不足以在负载下维持 CPU 的稳定性,那么只需增加 CPU VID 即可解决问题。现在让我们来看看如果移除 Voffset,系统会如何响应。
离开重负载时电压振荡可能导致没有 Voffset 的问题
我们可以看到,每当任何从重载到轻载的瞬变足以导致电压一次或多次超过 CPU VID 值时,系统就会超出允许的最大处理器电压。更糟糕的是,这一切都是在用户不知情的情况下发生的。再次强调,移除 Voffset 会完全破坏 VID 设置的初衷——VID 设置的初衷是设定CPU 的最大电压,而不是目标电压。

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时间维度上的第一第二第三voltage droop

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电流变化导致的电压降和过冲
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负载线校准,升压虽好但可能导致过冲过大,逻辑错误。
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超频时设置VRM,选择Vdroop较小的VRM负载线,相当于升压了。

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wiki上说把电压设置成Vmax可以让droop允许值变得更大,是原来的两倍,但是不会有过冲吗?没看懂这里,有大神能讲讲不

参考资料:

  1. https://www.anandtech.com/show/2404/5
  2. Compiler-Directed Power Management for Superscalars
  3. https://en.wikichip.org/wiki/load-line_calibration
  4. Analysis of Adaptive Clocking Technique for Resonant Supply Voltage Noise Mitigation
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_droop
  6. https://skatterbencher.com/2024/03/14/almost-7-ghz-14900ks-with-ek-delta2-tec/
http://www.xdnf.cn/news/5147.html

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