Comparatif de cartes mères Z77 d'entrée de gamme Asrock, Asus, Gigabyte et MSI

Si une phase est capable seule de transformer le 12V en une tension inférieure, on peut légitimement se demander pourquoi il est nécessaire de les multiplier.

C'est ici qu'intervient en effet le contrôleur PWM. Comme nous l'évoquions, ce dernier contrôle le fonctionnement individuel des phases, mais nous n'avons pas précisé de quelle manière cela s'effectuait.

L'idée de l'utilisation du contrôleur PWM est qu'il va, allumer, tour après tour, chacune des phases. En pratique seule une sera allumée à la fois, puis la suivante, puis la suivante, un peu à l'image d'une guirlande électrique. Le contrôleur reçoit du système la tension qu'il est censé appliquer (VID) et le processeur lui indique en temps réel la tension qu'il reçoit. A partir de ces informations, le contrôleur détermine :

• Le nombre de phases à allumer l'une après l'autre
• Le temps de chacun des allumages

Ainsi un système au repos peut fonctionner sur une seule phase, et lorsqu'un besoin plus important se fait sentir, plusieurs phrases peuvent être mises à contribution. Cela ne répond cependant toujours pas à la question la plus importante, pourquoi ?

Exemple d'un système utilisant deux canaux pour activer deux phases tour à tour.
Il y a plusieurs raisons à l'utilisation de ce type de circuits. Comme tous les circuits électroniques, le rendement d'une phase n'est pas constant : il varie en fonction de la puissance demandée, mais aussi en fonction de la sa température. En faisant travailler plus de phases pour obtenir une même puissance, on limite leur charge, et l'on peut théoriquement obtenir un gain de consommation et une baisse du nombre de watts à dissiper lié à l'amélioration du rendement. Gain qui ne se manifestera bien entendu que si l'on est dans la plage d'utilisation idéale des phases. A l'inverse, utiliser plus de phases que nécessaire peut créer également un surplus de consommation, et la plupart des modes d'économie d'énergie des cartes mères réduisent donc le nombre de phases utilisées lorsque cela fait sens pour limiter la consommation.


Ce schéma issu d'un whitepaper d'International Rectifier  montre le rendement de systèmes multiples phases en fonction de l'ampérage, et montre bien la problématique, à bas régime un système équipé de moins de phases sera plus efficace, tandis que l'efficacité d'un système équipé de moins de phases chutera a haut régime.

L'autre avantage qui découle de cela est qu'en étalant la charge entre de multiples phases, ces dernières s'échauffent moins individuellement, et restent donc dans leur plage d'utilisation optimale (si le contrôleur PWM fait correctement son travail).

Dernier avantage, en augmentant le nombre de phases, on limite les effets de vague sur la tension finale fournie au processeur qui apparaît alors comme plus "lisse", mais cela à condition que l'augmentation de nombre de phases soit réelle. Nombreuses sont en effet les cartes mères 8 phases qui utilisent 4 canaux issus du contrôleur PWM qui sont doublés par des puces additionnelles, dans ce cas il n'y a pas d'avantage sur ce point par rapport à 4 phases. De même une carte avec 12 phases et 6 canaux PWM seront moins bonne de ce côté qu'une autre avec 8 phases et 8 canaux ! Il n'existe d'ailleurs pas de contrôleur PWM à plus de 8 canaux, dès lors les cartes mères allant au-delà utilisent forcément un voir deux niveaux de doubleur.


Tolérances de l'overshoot, extrait de la spécification VRM 11.1 d'Intel

Bien entendu ces questions sont prises en compte par les constructeurs de processeurs qui imposent des tolérances bien définies. La spécification VRM 11.1 d'Intel (document PDF )autorise des fluctuations de 10 mV pour les "vagues" que l'on pourrait noter sur la tension finale, mais aussi toutes les finesses liées à ce type de système (tolérances d'overshoot, quand la tension fournie initialement est un peu trop élevée, etc…). En utilisation normale, le nombre de phase utilisé aura un impact modeste. En cas d'overclocking cependant, plus de phases peuvent faire une différence, quelque chose que nous quantifierons un peu plus tard.

Nomenclature

Terminons par un point de notation, vous verrez assez souvent les constructeurs de cartes mères utiliser des notations de type "4+2+1" pour parler du nombre de phases présentes sur leurs cartes. Ces chiffres indiquent normalement les phases dédiées uniquement au processeur, mais pour rappel, un processeur utilise plusieurs tensions en simultanée. Dans le cas des processeurs Intel LGA 1155 qui nous intéressent aujourd'hui, les principales sont au nombre de trois :

• VCC : Cœurs CPU et cache LLC
• VCCSA : Contrôleur mémoire, DMI, PCI-E et unité d'affichage
• VAXG : Cœur graphique

4+2+1 indique donc que le Vcore (la tension principale du processeur) est gérée par quatre phases, le System Agent (anciennement appelé Northbridge) sur deux, et l'iGPU sur une seule. Tous les constructeurs ne donnent malheureusement pas les 3 chiffres et se contentent par exemple d'annoncer 4+2. Sommes-nous alors en 3+1+1 (VCC et VCCSA ajoutés), en 4+1+1 (VCCSA et VAXG ajoutés) ou alors en 4+2+1 (VAXG oublié ?) ?

Pire, certains constructeurs ajoutent à leur dénomination du nombre de phases celles destinées à la tension VDDQ, c'est-à-dire la tension qui est fourni (à travers le processeur) à la mémoire DDR3. Difficile dans ces conditions de savoir à quoi correspond exactement les chiffres fournis par les constructeurs.

Dernier point, en regardant attentivement nos photos vous verrez que l'on retrouve des circuits d'alimentation à d'autres endroits de la carte mère. De manière immanquable, on retrouvera un circuit à côté de la mémoire (souvent deux phases), un circuit à côté du chipset, mais aussi de certains composants (les contrôleurs additionnels par exemple) qui fonctionnent tous à des tensions différentes. Ces phases, indispensables au fonctionnement, n'ont pas d'intérêt particulier à voir leur nombre être augmenté, on overclocke rarement son contrôleur audio intégré…

Passons maintenant aux cartes !