8ad6faa1efeb370299d3c208882fdc92 在幾個月前,AMD推出了Radeon R9 295X2雙核心旗艦卡王,採用全新設計與目前首款公板設計中的採用水冷散熱器的顯示卡,不過對於一般玩家來說,水冷雖然解熱能力不亞於高階空冷,不過還是存在漏液的問題,空冷仍然是目前最大宗的主流,也是較受玩家所愛戴的一種散熱架構。

Devil 13系列發展3代,設計越臻成熟

在撼訊內部中的產品定位中,Devil 13為目前產品線中的旗艦,同時也是目前設計最扎實的一個系列,底下則是有LCS、極速+、TurboDuo還有普通的Regular,在設計與效能上面則是屬於最頂尖的設計,歷代產品為Devil 13 HD6970、Devil 13 HD7990還有目前最新的Devil 13 Dual Core R9 290X,當然在初代產品的設計上曾因飛線問題而讓人詬病,不過在用料上則是屬於頂尖中的頂尖,會嘗試一些較新穎與較特別的設計,當然在這代產品中,也做了第一張使用純空冷架構解熱的Radeon R9 290X雙核心顯示卡。

空冷之於水冷,溫度、體積取捨之間

在公板的Radeon R9 295X2上,之所以會首度嘗試採用水冷解熱架構的原因在於,為提供協力廠商便於設計自家顯示卡。在此之前編輯就已經提到過,目前採用GCN1.1架構的晶片產品,其效能會因溫度而造成顯著差異性,效能的高低取決於溫度上控制的結果,溫度超過限制則是會直接觸發核心強制進入2D模式運作,也就是300MHz的核心時脈。在另一方面也會因耗電量的問題而造成效能減損,如顯示卡本身板載電源設計就只有250W,顯示卡運作中實際耗電量超過這個限制時則是會觸發降頻機制,在過往的PowerTune中只分成4個State,為Low State、Intermediate State、High State還有Boost State,在GCN1.1之後則是細分為8個State,由1個Clock(時脈)對應1個Voltage(電壓),類似於NVIDIA Kepler的作法,但不盡相同,而State間的變換則是透過3個部分的值來判斷是否需要切換,分別為負載、電流、TDP(溫度),藉由這些細項來決定顯示卡的效能。

所以在GCN1.1的條件之下,電流、溫度成為了效能上的關鍵因素,兩者之間的優先順序為電流優先於溫度,降頻的幅度則是溫度大於電流,在降頻機制上,電流超標時會階梯性地按照PowerTune內8個State依序調整至可過標準的設定值,而溫度則是會直接強制掉至2D模式,直到溫度降回標準內才會重新將時脈拉升,在運作過程中,若是掉至2D模式下則是會造成非常嚴重的影像卡頓情況,如遊戲中會產生定格、破圖現象。

所以AMD在Radeon R9 295X2上,為了避免2顆完整Hawaii核心同時運作時所產生的大量廢熱,而造成核心頻繁掉至2D模式,而採用解熱能力較高的一體式水冷散熱器,不過由於一體式水冷散熱器因結構為配合安裝簡易的原則,在效能上無法完全比擬一般多件式組裝水冷,同時在材質選用上也因價格較低廉,在有限的成本上無法負擔高純度的銅質金屬如紫銅,僅能採用純度較低的黃銅或更次級產品,也因此雖然具備較佳的解熱能力,但並沒有辦法滿足分立於水冷、空冷2大派系的玩家口味,水冷玩家既不願意使用這類型半完成品,空冷玩家則是對於產品質量有疑慮,而在協力廠商中則是完全分化成2種類型終極產品,如撼訊Devil 13 Dual Core R9 290X,採用純空冷解熱架構,華碩ARES III Prototype則是採用純水冷解熱架構,盡全力滿足一方的喜好。

當然採用空冷設計的撼訊Devil 13 Dual Core R9 290X,為了解決廢熱問題,散熱器規模則是達到了3槽3風扇的巨型規模,整體料件設計上面也將會採用較特殊的設計用以解決2顆Hawaii核心與2組供電迴路滿載運作時產生的廢熱,而華碩ARES III則是採用純水冷解熱方案,在體積上則是縮減至單槽規模,同時因水道的問題,而修改了原先在公板卡上佔用空間較少的供電迴路設計,在水冷與空冷這2個對立面的方案中,體積則是呈現截然不同的結果,當然對於一般玩家來說,空冷的方便性遠遠優於水冷許多,也是目前顯示卡中主流的設計方向。

▲AMD PowerTune結構從4個DPM調整為更靈活的8個DPM架構。

特殊風扇設計,力求最小無風帶

在Devil 13 Dual Core R9 290X上所配備的風扇為撼訊最新推出的Double Blade,與之前所推出過的產品一樣具備比較特殊的功能,這一次所主打的特點為一個風扇上搭載2種不同大小的葉片,在葉片旋轉時會隨著葉片大小而產生不同直徑的無風帶區域,越大的軸心與扇葉則是會擁有越大比例的無風帶,這個部分是風扇先天設計上不可突破的區域,而盡可能的縮小這個面積則是在風扇設計上面一個非常重要的環節,畢竟風扇底下的元件並沒有辦法完全避開這個無風帶,而使用2種不同尺寸扇葉則是能夠將這個區域縮小,但並不能弭除這個先天限制,不過對於顯示卡元件來說,能夠被吹拂到的區域就變得比較大,且較集中,同時這個設計也是為了讓放棄水冷解熱架構方式而做的設計,增加整體解熱效率,達到跟水冷相近的水準。

▲特殊結構的風扇,提供更小的無風帶區,加強整體散熱能力。

各核心不共用散熱模組,採分離設計

在一般雙核心的顯示卡中,大部分廠商會選擇將2顆核心的散熱模組併為一體,如公板卡的串連水冷頭設計,或者是EVGA GeForce GTX TITAN-Z w/ ACX Cooler的設計,都是使用1個散熱模組,對2顆核心解熱,這麼做並非毫無缺點,在核心負載低、溫度低時,採用一體式散熱模組的結構能夠將溫度壓制在最低,原因在於目前的顯示卡串聯技術中,具備核心負載量分離的優勢,如在待機狀況下,可以僅使用1顆繪圖核心以較高的負載運作,而另1顆則是閒置狀態,甚至是完全關閉,如AMD Zero Core技術,這時候因散熱模組為共用的關係,熱源傳導可同時使用到原先1顆核心所設計的2倍體積,這時候的解熱效率會非常的好,溫度表現也將會是最佳,不過在重度負載、溫度高的情況時,則是會容易因各核心負載量不一而造成溫度互相牽制影響的情況,而造成效能降低的問題,在後期的顯示卡設計上面,大多會選擇採用分離散熱模組的設計,而單一散熱器模組則是會盡可能滿足核心滿載所需要的解熱能力甚至有餘裕,對於滿載情況下則是能夠較有解熱優勢,不易受各核心溫度影響,不過在負載低時則是均溫會高於一體式散熱模組,這一點則是無法避免的問題。

▲2顆繪圖核心採用2組分離散熱器,降低互相干擾。

▲熱導管與鰭片接合處採用回流焊工藝,比穿Fin的方式更佳。

▲與核心接觸面並非採用HDT熱管直觸,而是採用包夾式處理。

壓鑄工藝,強度更強的支撐力

隨著顯示卡重量與規模越來越龐大與厚重的關係,在整個顯示卡的支撐強度上面也應該要隨之增強,如一般我們常見的幾種方式強化,強度由弱至強分別為PCB邊緣強化金屬條、PCB背面強化板、PCB正面強化板,甚至是壓鑄成形的一體壓鑄件,當然除了第1項PCB邊緣強化金屬條僅具備強化功能外,其餘皆多少具備一些輔助散熱功能,當然前提為必須要具備散熱膠墊將熱傳導。

同時強化板僅具備防板彎功能,並不具備任何的防下垂支撐力,還需要透過靠I/O處加入三角結構的支撐輔助點才具備這個功能,而壓鑄件則是目前使用在顯示卡上強度最高等級的工藝,同時因一體成形的因素,通常在靠I/O處的部分早已經加入三角結構支撐整張顯示卡的下垂重力,能夠較有效的防止顯示卡因重量問題而造成的硬體損壞,當然Devil 13 Dual Core R9 290X因長度與重量過於龐大的問題,除了壓鑄件的強化之外,在PCB背面同時再加入一塊壓鑄件,且隨卡還有附上支撐件,用於顯示卡尾端支撐,避免前端下垂的問題。

▲顯示卡採5件式結構,其中包含2塊壓鑄件,強化整體抗彎能力,比普通鋁件還要具有更高強度的抗彎能力。

▲強化板的部分採用壓鑄件,擁有更強的支撐能力。

▲在I/O處也加入三角結構,增加支撐能力,避免因過重問題而造成損壞。

▲壓鑄件的製作流程,影片連結:http://youtu.be/IbGTwBLndhc

供電迴路獨立架構,採高轉換率結構

在供電迴路的設計上,則是採用與公板卡的各核心單獨使用4+1+1相完全不同的結構,而是改為各核心使用5+1相,而記憶體則是共用3相的設計。而在用料上面則是改為IR PowIRstage的方案,也就是目前效率最好且發熱量較低的產品,與之其名的則是有德州儀器的NexFET,不過在整合度上面則要屬PowIRstage更優,將MOSFET Driver、High side MOSFET、Low side MOSFET還有肖特基二極管,全數整合在同一個封裝內,藉以降低耗損,同時因此減少佈線設計的面積佔用。

Devil 13 Dual Core R9 290X核心供電迴路的組成結構為,主控晶片為IR3567,MOSFET為IR3575,該晶片與IR3551同為PowIRstage,但比較不同的地方在於IR3575為Exposed Top,意味為頂部外露,與IR3551將所有元件包覆在塑料殼內部不同,一樣屬於DrMOS的一種,另外相較於IR3551所提供的50A耐電流,IR3575提高至單相60A,在峰值轉換效率上面也小幅提昇,從IR3551的94.5%拉升至95%,在用料上面提昇不少。

在I/O供電迴路的部分則是使用1相,而主控晶片則是與核心供電迴路共用同1顆IR3567,由於IR3567本身為6+2相雙輸出的數位控制器,故這個部分採共用設計。

記憶體供電迴路的組成結構則是由主控晶片IR3570,搭配與核心供電迴路一樣的IR3575 PowIRstage,另外記憶體部分並不採用分離設計,而是2顆核心的記憶體供電迴路共用3相設計,另外整張板子採用全鉭質電容搭配陶瓷電容的方式組成,並不使用以往固態電容的結構,藉由鉭質電容與陶瓷電容特性較好的方式提供核心較佳的電源供給,這一點設計僅會在一些頂級產品中出現。

▲紅框為IR3575 PowIRstage,黃框為IR3567核心迴路數位控制器,綠框為IR3570記憶體迴路數位控制器。(點圖可放大)

▲供電需求達到4個PCI-E 8pin,理論上最大耗電能力可以達675W。

效能實測,實戰Full HD、WQHD解析環境

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阿宏
1.  阿宏 (發表於 2014年6月21日 20:43)
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