真的不能小看台灣板卡廠的技術實力,雖然晶片組已經決定主機板的大部分功能,但RD們硬是想出各種新奇的花樣,老玩家應該都記得早期超頻時得滿頭大汗摳Jumper,現在超頻已經簡單到初學者連外頻與記憶體同步的概念都還沒有,就可以亂拉時脈了。目前主機板能玩的花樣很多,看的見像BIOS、用料、散熱、電源模組、I/O週邊,看不見的像佈線、降雜訊等等,雖然乍看之下可能都差不多,但每個廠商的產品差異化其實還蠻大的。

技嘉前幾年炒熱全固態電容,即使固態電容並非主機板穩定性的唯一關鍵,但整張主機板插滿固態電容看起來就是,現在各家都模仿做出全固態,技嘉則往前一步,推出主機板DES省電技術!這幾年不知道是環保意識抬頭還是歐盟政策越來越機車,各家廠商都強調回收、綠色、節能,晶片廠的省電技術甚至變成跟效能一樣重要了,但在一般認知中,省電應該是晶片端要負責的,主機板如何省電?

我個人其實沒那麼在意環保(真抱歉...),但能省電的主機板還是引起我莫大的好奇心,省電費倒是其次,而是想知道技嘉怎麼做到的?這次我借了技嘉X48-DQ6主機板,這不僅是Intel最新的X48晶片組,同時也是技嘉第一批有DES省電技術的產品(目前有支援DES的型號)。本篇測試就分成兩部分,先快速帶過讓人無法興奮的X48晶片組,再進入重點DES。





Intel X48晶片組

Intel的高階晶片組一直都賣的不怎麼樣,主要原因是和低階產品沒什麼大差異,效能沒有特別好,超頻性搞不好還更差,而高階版限定的新功能又太高高在上,從975X開始就讓人提不起勁。X38事實上還比較好一點,是第一個有PCI-Express 2.0的晶片組,還有雙PCI-E x16插槽可以裝ATI CrossFire,只是PCI-E 2.0的效能沒有明顯提升,而ATI CrossFire.....嗯,該怎麼說,串連技術本身就很High-end,而真正在乎的玩家,絕大部分都會選效能更好的NVIDIA SLI。

喔,差點忘了,X38也支援Intel X.M.P超頻記憶體技術,其實就是體質好的RAM插上去就自動超頻的玩法,跟NVIDIA EPP幾乎一樣。只是XMP記憶體一組要台幣兩萬,這麼便宜的價格真該家家戶戶都買一組。

然後X48的謠言一直沒停過,讓「可能會買X38」的少數玩家觀望,該買X38嗎?X48「好像」快要出了,而且「好像」更棒耶...。結果造成X38滯銷,某大板卡廠要求Intel延後X48出貨,好出清X38的庫存,當然這是謠言,但可確定的是現在沒人知道X48的正式推出日期,即使各家都差不多做好了。

廢話過多,馬上來看技嘉的X48-DQ6



金光閃閃的包裝盒,天啊,好閃!



X48-DQ6外觀跟X38-DQ6幾乎沒兩樣,南北橋散熱器也相同。



正面照來一張,如果要說外觀上的差異,應該是少了一個12V的接頭,X48比X38省電一點。



電源模組近照,一樣採用12相電源,不同的是加入DES省電技術,後面再仔細講。



DES的LED燈號,X38-DQ6這裡有一個12V接頭,X48則無。



真正的雙PCI-Expess 2.0 x16,不是插槽做x16而已,而是真正能傳輸x16的速度,不過X38就有了,一樣只支援ATI CrossFire。



I/O週邊真是洋洋灑灑,8個USB、2個網路、1394、光纖,怎麼沒有eSATA?



SATA接頭,搭配技嘉自己的RAID晶片,支援到八個SATA。



拆下散熱器秀出X48晶片本尊,跟X38一樣加了金屬蓋幫助散熱。



ICH9南橋,就跟X38一樣,附帶一提,跟中階的P35也一樣....Zzzz..


所以X48到底多了啥?
只有一個,就是正式支援FSB 1600MHz的CPU,以目前來說,就是支援Intel Core 2 Exreme QX9770這一千零一顆CPU。在X48之前,X38和P35都只「正式」支援到FSB 1333MHz,但稍有能力的廠商都從BIOS自行支援到FSB 1600MHz了,這一點都不難,就連我自己的古董965P都跑到FSB 1600MHz了,只要超頻就好了。當然,用BIOS自動超頻的方式支援會讓記憶體時脈跑掉,因為記憶體時脈和CPU外頻(FSB就是外頻x4)連動,超頻之後記憶體可能無法跑在原本的時脈上。



X48原生支援FSB 1600MHz(外頻400MHz),插QX9770時記憶體時脈不會跑掉,最高支援到1600MHz的記憶體。



這是我插QX9770和1066MHz的記憶體,外頻和記憶體時脈都準確抓到。


X48效能如何?



因為QX9770插在X38上會讓記憶體自動超頻,多了一個變因,所以我用QX6850做測試,從測試結果來看,X48的效能和X38一點差別也沒有,差距幅度在1%以內,可視為誤差,唯一有差的是耗電量,我沒開啟DES省電技術,所以X48可能真的比X38省電一點點。對了,X48待機比較耗電是因為我手上這張X48-DQ6的EIST一直啟動不了,BIOS選項開了也沒用,應該是bug。

所以,X48是什麼?它只是X38的小小改版,配合CPU發售來正式支援FSB 1600MHz,好笑的是,QX9770已經賣好一陣子了,X48卻還沒有「正式」上市。逼Intel延後X48真的可以清掉X38的庫存嗎?或許吧,不過等到X38清完,接下來大概就有一批X48要滯銷了,還是想辦法逼Intel從產品本身做改良吧,比如讓高階產品有更好的超頻性或南橋功能等等,學學NVIDIA,不然大家一定都選C/P值最好的中階產品(像P35)。

話說回來,如果Intel叫的動的話,就不是Intel了....。X48測試到此為止,接下來才是真正讓人興奮的技嘉DES技術!


技嘉 DES(Dynamic Energy Saver)技術講解

先不管顯示卡這支吃電怪獸,主機板上耗電最兇的就是CPU,CPU近幾年來導入相當積極的省電技術,Clock Gating和降頻是最普遍的,兩者的「中心思想」跟你幫電燈省電的方法一樣 -- 用不到就關掉,通常是應用在電腦待機時。Clock Gating是在晶片內部,如果有個部分用不到就暫時關閉,降頻則是Intel EIST和AMD Cool n' Quiet所做的,待機時降低CPU時脈,執行較操的程式時再拉高。

這些都是CPU幫自己省,主機板要如何輔助?這牽涉主機板複雜的電源設計,一定要重頭講起。我不是念電子相關科系,都是靠問人和看書自己理解(謝謝Ant大大和技嘉RD的協助),但我相信板上有很多高手,若我有寫錯,拜託請幫忙指正,如果不夠詳細,也希望高手們可以補完!

主機板PWM電源模組
電腦的電源供應器並不直接供電給CPU,因為Power輸出就是5V或12V,但現在CPU的工作電壓頂多1.1~1.3V,如果5V進CPU會直接燒掉,所以一定要經過電源轉換的步驟,而這就是主機板電源模組在做的事。在過去,CPU電壓是從主機板上的Jumper調整,骨灰級玩家也許還有印象,換顆CPU可能就要摳一下Jumper,這種方式很原始又危險,如果忘了調Jumper,只是不開機就要謝天謝地。

為了避免使用者調錯電壓燒掉CPU,新的CPU改成VID(Voltage Identification)的方式,由CPU自己送出電壓值。在電腦啟動時,會先送電給CPU的幾根針腳,讓CPU送出自己的電壓值,主機板再依據這個值供應給CPU正確的電壓,啟動整顆CPU,這個值可由BIOS抓到並直接調整,超頻魔人都會加電壓玩更大。



主機板上的電源轉換是交給PWM晶片來控制,PWM(Pulse-Width Modulation,脈波寬度調變)不容易理解,大家請參考上面的圖片,我知道電子學裡有專門的圖案標記,但我這邊用比較簡單的方塊圖,避開那些神秘符號。上圖就是PWM轉換電源給CPU的基本線路圖,一般降電壓方法是把降下來的電能轉換成熱能消去,PWM則是用電路的開關頻率來調整,效率較高。





PWM直接連接MOSFET,這是一種特殊的電子元件,在特定的電壓下可以讓電通過或斷開,因此有點像電路的開關,PWM就是控制兩個MOSFET來決定要要不要讓電通過。當MOSFET 1開/MOSFET 2關的時候,電就可以通過;當MOSFET 1關/MOSFET 2開的時候,電源就過不去。



畫成波形就是這樣,MOSFET 1開的時候MOSFET 2就關,或是顛倒過來,所以電路就一下通一下斷,但這樣不就一下子有電、一下子沒電?電燈這樣玩個幾次就壞了,何況是CPU?



這時線路後面的電容和電感就派上用場了,這兩個元件有點像水塔。當有電進來時,電容會儲存電壓(裡面就像電池)、電感會儲存電流(裡面是大腸包小腸,呃不是,是線圈包磁鐵,電生磁,磁生電),沒電進來就放出電能。但電容和電感不是四次元口袋,可儲存的能量有上限,灌飽的話再充就會過熱爆掉,快要放光的時候電壓和電流就會慢慢下降。

藉由兩個MOSFET的開關,電容和電感就會不斷充能和放能,就像水塔上面在灌水,下面在放水,只是這個水塔很小一顆。水塔快滿的時候就停止灌水(MOSFET 1關),水塔快乾的時候就開始灌水(MOSFET 1開),這樣底下持續放水的流量就會趨向穩定。PWM會控制MOSFET的開關頻率,讓電壓和電流保持在目標值,末端輸出就不會一下有電一下沒電,但不可能是完美直線,而是會上下稍微波動,波動的幅度就看廠商的設計功力了,幅度越小,給CPU的供電就越穩定,外觀是看不出來的,一定要上儀器偵測。

容值(儲存的能量)越高的電容,放出來的電就越穩定,那為什麼主機板不用這種零件?因為這種電容和電感都超大顆,主機板可用空間有限,而且它們的內部阻抗大,也就是發熱量大,因此現在中高階主機板大多用固態電容,就是因為阻抗小、發熱量小、壽命長、爽度高,但缺點就是能儲存的電能比較少,那要怎麼彌補?就讓MOSFET的速度更快,當開關越密集,充能放能的間隔越短,波動幅度越小,就能輸出幾近完美的電源,現在PWM頻率可達100KHz(每秒十萬次)或更高。


電源分相


看了一堆Powerpoint方塊圖,來看一下真正的東西吧!紅色框的部分就是PWM晶片,控制一整排綠色框MOSFET的開關,黃色是電感,橘色是電容,由於MOSFET開關頻繁,發熱量不少,通常都會黏上散熱片。


就像前面說的,電容和電感都有容許值,吃太飽就會過熱或爆開,大家多少有聽過電容爆漿,衰一點的可能有遇過。現在CPU製程精進,工作電壓都很低只有1.1~1.3V,但CPU耗電量並沒有低多少。國中理化沒忘的話,耗電就是電壓乘上電流,CPU在高負載的時候吃的電流量相當驚人,如果只用一條線路來供電,輕微一點波動很嚴重了,而且要承受那麼大的電能,上面的元件得用很大顆,所以現在主機板都有做電源分相(Phase)。

分相就是PWM把電流分開來,原本需要100安培的電流,分成4相就是每一相負擔25安培,這樣每一相只要穩定住較小的電流,整體輸出會更平穩。前面那張PWM的線路圖就是單相電源,每一相由兩顆MOSFET和一顆電感組成,所以數一下照片中的元件,就知道那是技嘉宣傳很久的12相供電。

花了2000字終於把主機板的電源模組講了個大概,接下來才是DES的原理,有了以上的基礎,要弄懂DES就非常簡單了。


即時切換相數
DES省電的方式就是即時切換相數,在電流量高的時候,電源相數多可以確保輸出電源的品質,電源轉換效率也高,但如果電流量不高時,高相數反而會拉低轉換效率。因為每個元件內部都有阻抗,就算在輕微負載的情況下也會吃電發熱,而每一相都要兩顆MOSFET和一顆電感,外加一或兩顆的電容,假設12相電源可以撐住60安培的總電流,當CPU待機只需要不到20安培時,每一相都只是輕載,這時一堆小元件的耗電就很明顯了。如果低負載時可以切斷其他分相的電路,只開1/3、6相電源的話,電源轉換效率就拉回來了,效率高就不必從Power吸更多電,也就是更省電了。

而且低載時關閉相數,被關掉的元件的壽命也就更長了,只在有需要時才啟動,既省電又耐久,一舉兩得!



這張圖秀的是不同相數和不同負載下的轉換效率,Gear 1~5分別代表2~6相電源,高相數對於高負載有較高的效率,低相數則適合低負載,而DES就是依負載來決定開啟的相數,讓電源轉換效率永遠保持在最高。


特殊PWM晶片
技嘉的DES技術建立在硬體與軟體的整合上,他們用的PWM晶片是Intersil ISL6327,這顆PWM是原生6相電源,技嘉把每一相利用並聯的方式做成兩相,不是從PWM端一相變成兩相,而是讓MOSFET關開頻率加倍,而且並聯會讓電阻減半增加效率。PWM實體本身是從2相切到6相,並聯之後DES切換相數時一定是偶數,最低4相、最高12相,中間有4、6、8、10、12共五段。



一般PWM晶片的相數是固定的,Intelsil ISL6327比較特別,它可關閉部分相數,所以只要主機板用上這顆PWM,佈線正確的話,立即就有技嘉DES「硬體」部分的功能。但DES並非只有硬體而已,真正難做的是它的軟體,技嘉居然從一顆類比PWM晶片裡推出當下的耗電量,並以此來切換相數。其實技嘉之前的板子也有用這顆PWM晶片,只是沒有軟體去開啟這項功能。





技嘉也順便在X48-DQ6上裝了炫炫的LED燈,可以秀出目前的相數,看燈號跳來跳去還蠻好玩的,這個燈號必須啟動DES軟體才會出現。


DES 軟體 & 省電測試
PWM控制MOSFET的開關頻率來達到想要的電壓和電流,但怎麼知道有沒有輸出正確值?所以迴路中會有一條線從輸出末端拉回PWM,讓PWM偵測最後是否有輸出正確值,並依此來調整MOSFET開關的時間,如果輸出太大或太小,那就斷電或通電久一點。「數位式」PWM會加入一顆晶片,把數值真正讀出來比大小,「類比式」則純用線路來調整,只知道較大或較小,並不知道精確數值。

Intelsil ISL6327是類比式的PWM,PWM本身並不知道最後的數值是多少,但知道太大或是太小,並調整MOSFET開關時間來補償,技嘉則是把PWM這補償的過程,反推回當下的電流值,乘上電壓算出耗電量,並呈現在軟體上,用一句話講完很簡單,技嘉花了數個月才反推出這個值。當然,如果用數位式的PWM就簡單的多,一切數值都是數位化,但他們說目前數位PWM的效率不高,價格更貴。

我覺得DES真正特殊的地方是它的軟體,馬上來看看!

[註:抓圖會影響CPU使用率,待機或全速都會,所以底下的圖片和文字會對不起來,測試數據以文字為主]




海韻PowerAngel是一定要的,他可以看整機耗電量,雖然不怎麼精確,但待機和全速的穩定值還是有參考價值。



我用QX6850在待機下做測試,DES軟體秀出來CPU耗電約34W,這時PowerAngel秀出185W。



按下那顆「Dynamic Enger Saver」大大的按鈕,就會啟動PWM晶片自動切換相敗功能,CPU耗電降到27.5W,那一根根像齒輪還是排檔的東西代表目前啟動的電源相數,會在8相和6相之間來回跳動,PowerAngel秀出來是177W,真的省電了!



在CPU耗電旁邊會顯示每秒鐘省下的瓦數,再按小小的「Total」會秀出總共省下來的瓦數,按「Meter」會切回原來的模式,我連續待機兩天大概就省了500W。


全速也能省電!?
除了即時切換相數,DES軟體另外加了兩個功能來增加省電效果。當啟動DES軟體,CPU電壓就會自動往下降,共分成三級,是原本CPU預設電壓往下調3~6%;另一個功能是CPU Throttling,這不是降頻,而是送出「STOP CLOCK」的指令讓CPU暫停運作,後面會詳細講。

從上面的原理看下來,如果只有切換相數,在全速時DES是不可能有省電效果的,因為全速會讓電源相數全開,只有在低載、啟動部分相數時才能省電。但因為DES軟體會自動降電壓,所以就算CPU全速運作也能省電,只是降壓全速跑會有點考驗CPU體質,技嘉說如果CPU要求較高的電壓就會立即拉上去,但我測試時遇過一兩次藍白畫面。另外,DES軟體會蓋掉BIOS的設定,如果在BIOS裡加壓,啟動DES之後就會改以CPU預設電壓為基準。



在CPU Voltage(CPU電壓)下面有Level 1 2 3,QX6850待機電壓原本是1.264V,開到第二級會降到1.2V,省電幅度更高。



拉到第三級,QX6850的電壓降到1.184V,這時相數會固定開到6相,PowerAngel顯示只剩172W,和沒開DES時差了13W。



我用Everest的系統穩定性測試來操全速,沒開DES時,CPU耗電量秀88W左右,PowerAngel秀271W



開DES之後,會看到12相電源全開,CPU耗電約在74W左右,PowerAngel秀246W!



除了QX6850,我另外測了QX9770和低階的E4300,測試結果列表如上。E4300的待機耗電量真的是....有沒有看錯啊?!


從測試數據來看,DES對待機時耗電量低的CPU有最好的效果,主要是針對Intel的45nm CPU,省電幅度還蠻大的,如果用高階CPU,電腦沒在關機的話,開DES大約一個月可以省6度電,雖然省的電費不多,但一方面是爽,另一方面也是響應環保。有趣的是,CPU保持全速時,DES就不會再降低相數,這時的省電效果都來自於降電壓,而數據來推,全速時降電壓可省電達20%,待機時再加上降低相數則能省電33%,所以降電壓的省電效果事實上大於降電源相數。現在不少玩家都會自己手動降CPU電壓來省電,DES則用降低相數來加強效果,重點是還可以減少零件發熱、增加壽命。

DES對超頻與效能的影響
在DES軟體中有個「CPU Throttling」開關,這並不是降頻,而是強制CPU進入C3省電狀態。Intel CPU在執行時是C0狀態,C1~C4是四種等級的省電模式,C3的指令是「STOP CLOCK」,這時CPU的L1快取會關閉,時脈也會暫停。C1~C4數字等級越大,CPU睡得越死,也就越省電,但「叫床」的時間就更長,CPU重新回到C0執行狀態要越久。

原本C0~C4是CPU自動判定的,但DES軟體設了一條規則:當CPU負載在25%以內時,50%時間會送出STOP CLOCK、負載25~50%則送25%、負載50%以上就不再送指令。由於一般軟體執行時,CPU負載上上下下,CPU就一直來回進出C3狀態,加上從C3回到C0需要時間,這讓CPU Throttling有個大缺點--執行效能會降低!只要把CPU Throttling關掉就恢復正常,我個人覺得這功能可以拿掉,因為比起關相數和降電壓,C3狀態的省電幅度不大,而付出的效能代價又太高了。





DES軟體右下角有一個「CPU Throttling」的On/Off開關,就會強制CPU進入C3狀態,在待機狀態下打開可以省一點電,雖然上面的CPU Power數字不會變,但PowerAngel偵測會降一點,可是省的瓦數還不如電壓從Level 1降到Level 3。




我測了幾支程式,DES的CPU Throttling造成效能下降的情況不同,持續操CPU的測試程式就不明顯,但一般軟體或遊戲不一定能保持全速滿載,CPU Throttling造成的效能降低從3~30%都有可能,CPU處於低負載的時間越多,效能掉的就越明顯,比如主要操顯示卡的遊戲就掉很多。



另一個缺點是DES不能用在超頻上,從原理來看這是不可能的!DES只是根據電流量來調整相數,就算是超頻也有待機狀態,或許比未超頻時來的吃電,但應該也可以關閉部分相數來省電,沒有理由超頻就不能開DES。詢問技嘉之後才知道這只是軟體限制,他們認為DES和超頻相牴觸,所以軟體只要偵測到外頻拉高就會出現錯誤訊息,叫你調回預設時脈。


創意滿分,但還可以加強!
在"破解"DES的原理之後,有人可能會酸「反正只是加一顆晶片而已」。沒錯,換一顆PWM晶片是很簡單,其他廠商要學也很快,但我認為DES軟硬體整合度很高,硬體倒是其次,軟體才真正酷炫好玩,切換電源相數的狀態、降電壓、累計省電瓦數等等都秀出來,一般使用者只要會按那顆大按鈕,立即就有明顯而且量化的省電效果。看著自己省下幾千瓦,真的有種莫名的爽度,雖然換算下來的電費並不多,但也可以大聲說我有響應環保。

不過有幾點還需要再加強,CPU Throttling會降低效能,建議還是取消吧。另外,超頻的限制有點矛盾,DES自動切換相數只適合電源相數多的主機板,低階的合板通常只有三相,插的CPU也比較低階,電源效率不會是問題。但電源相數高的主機板就是強調高階、超頻,它們本來就是拿來插高階CPU或瘋狂超頻用的,而DES卻軟體限制不淮超頻,相當可惜。

技嘉透露他們正在研發新一代的DES,希望能拿掉超頻限制(拜託拜託!),而華碩也有類似的EPU技術,微星也將導入相同的省電技術。就像固態電容風潮一樣,今年一定會出現更多省電主機板,而且也將不會限定在X48這種鬼才買的起的高階板,未來甚至連P31入門板都能享有省電技術!