Qu’est-ce qu’un VRM sur une carte mère et pourquoi est-il important ?

Pour la plupart des passionnés de PC, le choix de la bonne carte mère implique des considérations clés telles que le facteur de forme, la compatibilité avec le processeur, la configuration de la mémoire, les options de connectivité et la marge d’overclocking. Cependant, un composant majeur de la carte mère qui passe souvent inaperçu, même dans une fiche technique, est le VRM (module régulateur de tension), un circuit électronique chargé d’assurer la stabilité générale du système.

Pour évaluer l’importance de ce régulateur de commutation sous-estimé, nous allons nous plonger dans le fonctionnement d’un VRM, les composants qui lui sont associés, la manière de différencier un VRM de haute qualité d’un VRM mal conçu, ainsi que son impact sur les performances du processeur.

Comment fonctionne un VRM ?

Crédit photo : ROG Global/YouTube

À la base, le module régulateur de tension de votre carte mère (également appelé module d’alimentation du processeur) est un convertisseur buck spécialisé (CC à CC) qui régule et convertit les tensions pour s’aligner sur les exigences spécifiques du processeur, de la mémoire et des autres composants. Les VRM sont des mini alimentations, à l’instar de l’unité principale, qui prend 120 ou 240 V CA de la prise électrique et l’abaisse à une tension CC beaucoup plus basse (12 V/5 V/3,3 V).

À cet égard, les VRM de la carte mère effectuent la même opération que le bloc d’alimentation, mais à un niveau secondaire. Leur objectif principal est de convertir les 12V provenant des connecteurs EPS 8/4 broches en une tension de fonctionnement appropriée pour les processeurs modernes (généralement entre 1,1 et 1,5V).

En outre, les VRM jouent un rôle essentiel dans la transmission d’une tension propre et constante à tous les composants gourmands en énergie de votre PC, réduisant ainsi la probabilité de surtensions ou de baisses de tension absurdes. Grâce à leurs capacités de conversion régulière, les circuits de régulation de la tension permettent également à plusieurs générations de CPU (avec une tension de base dynamique) de fonctionner de manière optimale sur un chipset de carte mère compatible.

Composants d’un VRM

Bien que beaucoup d’entre nous considèrent le VRM comme une unité indépendante et autonome, l’acronyme représente un ensemble de composants électroniques distincts entourant le socle du processeur (LGA ou PGA) et les emplacements DIMM de notre carte mère. Pour les non-initiés, les circuits de régulation de la tension incorporent une combinaison de commutateurs MOSFET qui travaillent en tandem avec des condensateurs, des selfs et des contrôleurs PWM pour faciliter le processus de mise en phase de l’alimentation.

Voici un aperçu complet de tous les composants essentiels qui constituent les VRM des cartes mères.

1. MOSFETs

Les MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) agissent comme des portes isolées qui amplifient ou atténuent les signaux électroniques au sein d’un circuit de régulation de tension. En termes plus simples, ces semi-conducteurs contrôlent le flux de courant vers l’unité centrale de traitement en fonction des signaux et des valeurs reçus de la puce du contrôleur PWM.

Un VRM monophasé utilise deux commutateurs MOSFET (côté bas et côté haut) pour aider à moduler la tension de sortie moyenne d’un circuit en faisant basculer par intermittence une tension d’entrée. Comme le mécanisme de commutation se produit des centaines de fois par seconde, les MOSFET ont tendance à générer une grande quantité de chaleur, avec des températures qui peuvent potentiellement dépasser 150°C sous de fortes charges ou sans refroidissement adéquat.

Par conséquent, ces semi-conducteurs sont souvent équipés de dissipateurs thermiques passifs, de ventilateurs miniatures ou de blocs d’eau pour atténuer les problèmes de surchauffe et améliorer l’efficacité opérationnelle.

2. Les selfs

Les selfs sont des inductances de forme cubique qui transforment les signaux alternatifs à haute fréquence en fréquences plus basses ou en courants continus dans un circuit de régulation de tension. Doté d’un noyau magnétique en forme de beignet autour duquel s’enroule une bobine isolée, ce dispositif électronique a une double fonction : le stockage, le filtrage et le raffinement de l’énergie, ainsi que la capacité de réguler la fourniture d’énergie dans des scénarios extrêmes tels que l’overclocking ou le survoltage.

En outre, il convient de noter que chaque self correspond à une phase de puissance sur votre carte mère. Plus le nombre de phases est élevé, plus la transmission de la tension à votre CPU sera stable.

3. Les condensateurs

Contrairement aux selfs, les condensateurs stockent l’énergie dans un champ électrique et déchargent rapidement le courant accumulé dans les circuits connectés lorsque cela est nécessaire. L’objectif principal de ces composants cylindriques est d’empêcher les pics de tension soudains et de minimiser les ondulations dans un circuit de régulation de tension.

Dans le contexte des VRM de carte mère et de leurs phases correspondantes, les condensateurs, qui fonctionnent comme des unités de stockage temporaires, accumulent le courant électrique reçu des selfs et fournissent la puissance nécessaire à votre CPU. Toute charge excédentaire de ces dispositifs est absorbée ou libérée via la masse du circuit.

4. Contrôleurs PWM

Les contrôleurs PWM (pulse width modulation) ou Driver ICs (circuits intégrés) génèrent des impulsions PWM, qui sont ensuite canalisées dans les composants analogiques de base d’un circuit de régulation de tension – les MOSFET et les selfs. Outre la surveillance, ces contrôleurs multiphases ajustent dynamiquement la fourniture d’énergie au processeur, ce qui lui permet de maintenir une efficacité maximale pendant les charges de travail intensives.

Essentiellement, le contrôleur PWM acquiert la tension de référence de votre CPU (également appelée VRef dans le BIOS) et la mesure avec la tension en vigueur provenant du VRM de votre carte mère. Toute différence entre la tension VRef et la tension réelle incite ce dispositif à recalibrer les signaux, en modulant instantanément la tension de sortie.

Les composants de base d’un VRM sont également complétés par des diodes et des résistances, qui empêchent le courant électrique circulant dans ces dispositifs de dépasser les seuils spécifiés.

VRM multiphases sur une carte mère

Les CPU et GPU modernes nécessitent un système de distribution d’énergie robuste, qui va au-delà des simples capacités d’un VRM monophasé. Pour obtenir une procédure de transmission relativement stable et efficace, les fabricants de cartes mères intègrent presque toujours plusieurs convertisseurs buck en parallèle, créant ainsi une solution VRM multiphase.

Tout d’abord, la disposition en quinconce d’un VRM multiphasé divise la charge en étages de puissance distincts, la répartissant sur une zone physique plus large. Cette approche sophistiquée de la gestion de l’alimentation fournit à l’unité centrale une tension de fonctionnement propre et régulée avec précision et réduit la production de chaleur et le stress au sein des composants centraux.

Lors de l’achat d’une carte mère neuve, vous rencontrerez probablement la terminologie de conception de puissance de phase dans son matériel de marketing, indiquant l’allocation des phases au PCB (circuit imprimé). Cette spécification est souvent présentée par les fabricants sous la forme « A+B » (8+2) ou « X+Y+Z » (16+2+2). La valeur initiale précédant le signe « + » indique le nombre de phases dédiées au processeur, tandis que la combinaison suivant le signe « + » concerne d’autres composants essentiels de la carte mère (mémoire vive, chipset, carte mère, etc.). (RAM, Chipset, iGPU, etc.).

Toutefois, dans les cas où le nombre réel de phases réservées au processeur dépasse huit, comme dans les désignations telles que « 18+2 » ou même plus, les fabricants de cartes mères ont tendance à inclure un dispositif astucieux appelé « doubleur ». En termes simples, les doubleurs de VRM permettent aux fabricants de diviser les signaux de contrôle d’une phase, doublant ainsi le nombre de phases du point de vue du contrôle. Cependant, les avantages peuvent ne pas être aussi significatifs que de véritables phases supplémentaires.

En outre, l’inclusion de doubleurs dans une « vraie » configuration VRM à 8 phases apporte des améliorations significatives au processus de mise en phase de la puissance à un coût de fabrication inférieur.

Comment faire la différence entre une configuration VRM de haute qualité et une configuration VRM de mauvaise qualité ?

Plusieurs facteurs entrent en jeu lorsqu’il s’agit d’évaluer les cartes mères en fonction de la qualité de leurs configurations VRM. Même si vous n’avez pas l’intention d’overclocker votre CPU, une solution VRM mal conçue peut ruiner le mécanisme de fourniture d’énergie de manière considérable, entraînant une instabilité du système, des plantages, des BSOD et d’autres problèmes flagrants.

Voici comment faire la différence entre une configuration VRM de premier ordre et une autre qui ne répond pas aux attentes.

• Conception de la puissance de phase : L’une des méthodes les plus simples pour déterminer la qualité d’une configuration VRM consiste à inspecter physiquement le nombre total de selfs visibles sur votre carte mère. Pour un chipset d’entrée de gamme comme l’AMD A620, vous devriez pouvoir localiser un maximum de quatre à six phases d’alimentation dissimulées sous un dissipateur thermique. En revanche, une carte mère de milieu ou de haut de gamme tire parti d’un nombre de phases beaucoup plus important pour gérer les composants gourmands en énergie.
• Condensateurs résistants aux fuites : Les VRM de haute qualité utilisent des condensateurs à l’état solide, souvent commercialisés sous le nom de « condensateurs japonais », « condensateurs sombres » ou « condensateurs Hi-C ». Par rapport à leurs homologues électrolytiques, les condensateurs solides ont un taux de tolérance beaucoup plus élevé et sont moins sujets au vieillissement.
• Selfs en alliage de première qualité : Nous recommandons d’investir dans une carte mère qui utilise des selfs SFC (Super Ferrite Chokes) ou des selfs en alliage de première qualité, car elles consomment moins d’énergie, résistent à la corrosion et génèrent moins d’interférences électromagnétiques.

Bien sûr, il n’est pas facile d’inspecter une carte mère avant de l’acheter. Cependant, vous pouvez toujours l’examiner attentivement lorsqu’elle arrive, puis la renvoyer si elle n’est pas à la hauteur.

Les VRM des cartes mères : Le héros méconnu de l’informatique moderne

Fondamentalement, le concept de VRM peut être assez complexe car il implique une pléthore de jargon technique (MOSFET, selfs, condensateurs, contrôleurs PWM, etc.) qui peut ne pas être familier à l’amateur de PC moyen. Malgré cette complexité, les VRM des cartes mères constituent l’épine dorsale d’une transmission efficace de la tension au processeur et à d’autres composants essentiels de votre PC.