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1回顶部 引言：承其利而不知其惠者------愚也。 一 工程背景： 2006年夏天一款厚重的显卡横空出世，它就是NV公司的7950GX2。它的出现代表着高端显卡崭新的设计思路，一片显卡使用两颗低规格芯片并联取代过去单颗高频高性能的板卡，追根朔源其于CPU双核的概念是一致的。此前各GPU设计公司都遇到一个瓶颈：即单颗GPU的性能受到成本、生产工艺、频率的限制而无法提升太高，如1950XTX、7900GTX等显卡为了达到尽可能高的性能不惜工本的提升运行频率，核心都超过650MHZ，导致板卡周边成本非常高，两者的PCB都是12层，电源都使用了顶级产品以便提供超过100安培的峰值电流，外加巨大的铜风扇，这些零件的总成本接近100美元。7950GX2的出现导致不少显卡公司有种峰回路转柳暗花明的感觉，其实质上有两片廉价的7900GT显卡组成，核心频率低于500MHZ，周边零件的成本大为降低，只要使用2片普通8层PCB组和在一起即可，供电系统价格不超过5美元（个人评估7950GX2除芯片、显存外总成本可能低于60美元，大概是7900GTX的一半）性能却超越了其顶级产品7900GTX，而且两片PCB显卡带给一般消费者的印象都很震撼，庞大、厚重的显卡使很多发烧友都认为物超所值，因此形象非常好。看到双芯片显卡带来的优势，ATI当然不堪示弱，不过由于R600的开发任务繁重，因此其把双芯片显卡的重心放到了R6XX系列上，对于开发双RV5XX系列显卡已力不从心，RV5XX尤其是RV570性能很好，组成双核心卡DX9得分应该远超过7950GX2，看到此商机一些有强大研发能力的厂商决定自己出手，自己设计一片双RV570核心的显卡，如ASUS和蓝宝都推出了自己品牌的1950DUAL，下面谈论的主角就是蓝宝1950PRO DUAL。
知我者谓我心忧，不知我者谓我何求 二 研发思路： 双1950PROGPU显卡的设计难度无疑远高于7950GX2，因为7900GT的频率很低只有450MHZ，单核心的峰值功耗在50W左右，整卡的峰值功率大概在140W左右。而1950PRO的性能远高于7900GT，不过其频率也高达575MHZ，单颗芯片功耗大概70W，整卡峰值功率大概是180W左右，又没有现成的DESIGN KIT，因此能设计出1950DUAL显卡的厂商寥寥无几，目前只有ASUS和蓝宝。将ASUS和蓝宝的两片1950PRO DUAL显卡放在一起，前者厚重、庞大，看起来质感十足，如果单纯以貌取人的话，可能有很多发烧友会认为其“做工”更好，成本更高。而蓝宝的1950DUAL则单薄许多，好像前者毫不费力就能战胜后者，果真如此么？ASUS的设计实力是非常强大的，从开始设计到拿出样卡前后可能不超过2个月时间，其样卡由两片重新设计电源的6层PCB构成，给很多消费者物有所值的感觉，其设计思路直接来自7950GX2，开发难度小，进度空前的快，其研发过程堪称典范。当笔者带着巨大的问号询问蓝宝的设计团队为什么不遵照ASUS的思路进行时，其RD的回答简单的让人吃惊：因为我们想有的发烧友可能需要此卡能够CROSS FIRE。从研发角度来看，ASUS的1950 DUAL其实相对简单，容易实现。因为有充裕的PCB面积摆放各种电子元件，采用低价大型的电源即可满足设计要求，不过两片PCB组合的1950 DUAL加上大型散热风扇后将占用3个PCI插槽的位置，基本无法实现CROSS FIRE功能，因此ASUS干脆省掉了1950DUAL的交火金手指。而蓝宝则不同为了实现1950DUAL的交火功能，控制显卡系统的厚度，必须使用单PCB双GPU方案，不同的战略导致不同的战术，整个蓝宝的研发团队都是围绕单PCB方案展开设计。复杂的问题往往有简单的答案，可是实现这个简单的答案却往往会付出艰苦的努力。正是为了发烧友追求性能极端的要求，蓝宝付出的将是什么代价？ 2回顶部 九连环 环环相扣 研发过程： 拿掉蓝宝显卡的散热器，首先映入眼帘的是2颗巨大的1950PRO核心芯片和一颗PCIE桥接芯片，还有16颗显存芯片密布其上。如此多数量的大面积芯片在一片尺寸有限的PCB上布置（不能超过9英寸否则很多机箱无法放置），只能要求电源等其它元件尽可能的小。此时问题开始出现：小型电源元件如何满足两颗1950PRO以及桥接芯片、16颗显存的巨大功率要求，单是1950PRO一颗芯片峰值电流就超过50A，而输出超过50A的传统电源元件包括MOSFET体积都相当庞大。为了解决这个异常矛盾的问题，蓝宝的RD花费了大量的时间来优化电源设计决方案，经过多种排列组合最后选定VOLTERRA公司三种电源芯片搭配PULSE公司的两组电感来解决。为显卡的两片1950PRO芯片供电的是一颗VOLTERRA VT1165M和4颗VT1165S构成的MULTIPHASE外加两组PULSE公司的并联电感。VT1165S采用CSP封装，电气特性异常优良，面积非常的小，散热很好，如此微小的体积还包含了可通过25A电流的MOS。VT1165S的标称输出电流是25A，笔者测试可以达到30A以上的持续恒稳电流输出，除了一个缺点外真是完美无缺（此缺点后段会说）。4颗VT1165S并联共可以输出100A电流，足以满足两颗1950PRO的需求。由于VT1165 MULTIPHASE的开关频率高于1MHZ，而且工作温度很高，ESR要求特别低，所以只能使用多颗大容量MLCC给电源滤波，蓝宝的方案是大约30颗左右的村田制作所X7R等级10UF 0603 MLCC。（一般所谓高档显卡上的铝、钽聚合物电容工作在超过300KHZ的开关频率上，性能将急剧恶化，因此无法给此电源滤波）。另外值得一提的是卡上采用了两组PULSE公司特别为VT1165设计的PA1312电感，每组PA1312电感其实是两颗40A电感并联而成，相当于每组输出80A的超大电流，而体积却很精简，和VT1165一起堪称绝配。由于每个1950PRO芯片各有8颗显存搭配，因此蓝宝工程师选用的电源是两颗CSP封装的VT233为之供电，VT233的面积比小拇指指甲盖还小，却包含了电源和MOS，可输出18A电流（8颗显存一般峰值电流合计是12A），应付显存超频所需的大电流绰绰有余。现在看起来问题解决了，电源芯片的体积小，输出电流大，可以满足显卡设计需求，新的问题出现了。
为了解决在小面积PCB上提供大电流，所以蓝宝使用了CSP封装的MULTIPHASE电源芯片，可MULTIPHASE芯片由于复杂度太高，因此PIN脚也随之增加很多，随之走线也大为增多，又将给PCB设计带来很多麻烦，表一给出的是1950DUAL卡上主要芯片总的针脚数量，超过5700 PIN，大家可以设想一下在一片小小的PCB上LAYOUT那么多线路的难度有多大，而且蓝宝1950DUAL显卡的PCB仅仅是8层。为了更形象的说明此卡设计难度，这里举个例子：ATI目前最顶级的显卡1950XTX上主要元件总的PIN脚数大概在2000多，但是PCB层数却是12。因此这么多PIN脚所引出的线布置在小小的蓝宝1950 DUAL薄薄的8层PCB里，还要解决随之产生的可怕的电磁干扰问题，对任何一个LAYOUT设计工程师来说都是一场噩梦，好在最后工程师们通过一些特殊手段（这些是技术机密不便透露）以及对PCB阻抗控制终于解决了此问题。在蓝宝研发1950DUAL过程中碰到的问题不可谓不多，类似上面的工程问题多如牛毛，毕竟这样的卡太过复杂而且没有参照物，好歹他们最终克服众多环环相扣的困难，拿出了现在的产品。在这里本人无非想表达：一个显卡想成功真不容易，可要失败太轻松了，以上众多工程问题只要一个不解决就足以毁灭团队长期辛苦努力的结果。 3回顶部 最后的莫西干人：蓝宝1950DUAL研发的意义和未来展望
再给大家看一张表二，一张蓝宝1950 DUAL的电源芯片成本就高达30美元左右（上节本人埋下伏笔，VT系列电源芯片最大的问题就是价格太昂贵有的比同类产品贵5到10倍），与之相对的7950GX2电源芯片成本在5美元以内，而面对呼之欲出的R6XX、G8X等显卡，1950DUAL的性能未必占很大优势，可是为什么蓝宝愿意花上如此巨大的代价和漫长的时间来研发1950DUAL呢？问题的答案之前就说过，仅仅是为了满足发烧友对显卡速度的追求。此时笔者的脑海里闪现了一个场景：最后一个摩西干骑士昂着高昂的头独自一个人去战斗，只是为了追求尊严，虽然未必能够胜利，但这已足够了。在ATI R5XX和NV G7X即将换代之际，仅仅为了对速度对于做工的终极追求，蓝宝仍然投入大量人力物力开发自己的1950DUAL显卡，其研发过程仅仅是工程界为了追求完美而做出的千方百计努力的一个小小的例子，但表达的精神却足以让人敬佩。
后记：当然付出那么大代价蓝宝也不会白费力，因为未来的R6XX乃至更新一代R7XX显卡很多都将采用DUAL CORE的方案，在此卡开发上积累的经验必将融入蓝宝（ATI）新一代高档显卡庞大的身躯中。笔者作为一个发烧友好不容易见到一款与众不同的高档显卡心喜不已，故忍不住写之，希望大家看完后能对工程人员的辛苦稍有了解。本文得到AMD、蓝宝和VOLTERRA公司相关人员的大力协助对此深表感谢。 参考文献： |
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2007-04-09 10:40
出处：PConline
责任编辑：zhouxijian
