[教程]转贴--分解到每一层!教你看透显卡PCB的奥秘

会员23061 · 发表于 2010-3-1 22:03:47

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本帖最后由新诚达于 2010-3-1 22:05 编辑

　通常衡量一款显卡的好坏，大家都会说“作工很扎实、用料全固态、高速显存、多热管豪华散热器”……这些都是非常直观、表象的东西，大家一看便知，而且高品质电容、散热、显存确实能够提高显卡性能和品质。　　但是，这并不是最主要的，真正影响显卡整体性能的，除了GPU和显存这两大重要芯片之外，PCB应该是排在第一位的。如果一片显卡连电路都设计不好的话，配备再好的电容和散热器可能也无法稳定运行乃至超频了。
　　

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　　● 关于PCB的基础知识：
　　PCB是Printed Circuit Board的英文简称，翻译过来就是印刷线路板的意思，其主要功能是提供电子元器件之间的相互连接。PCB本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线或布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。
　　由于目前的电子行业的工艺越发复杂、元件集成度越来越高，所以对PCB板的层数要求与日俱增。尤其是显卡，由于高中低端显卡的划分泾渭分明，因此PCB板几乎囊括了所有规格：4层、6层、8层、10层、12层、14层!
　　PCB层数越多自然需要更多的原材料，更重要的是工艺更复杂，复杂的工艺导致废品率较高，成本自然提高不少。对于一般的显卡来说，8层板虽然比6层板仅仅增加了2层板，但成本却提高了50%-70%。
　　● 深入了解显卡PCB的方方面面：
　　今天我们要向大家介绍的，就是关于显卡PCB设计的方方面面。通过阅读本文您将会了解到以下这些方面的知识，并揭开您心目中的疑团：
　　

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　　可曾想过，PCB的设计制造会有多么复杂无论媒体或经销商，在介绍一款显卡的时候首先会提到它是“公版”还是“非公版”，这种说法就是针对PCB设计。所以我们首先来了解下公版和非公版的概念及优缺点。
　　● 什么是公版和非公版PCB?
　　公版产品：是按照芯片厂商提供的一套完整的芯片、PCB、供电用料等设计方案而进行生产的。公版存在的最大问题就在于市售产品千篇一律，并且普遍来说超频和性能偏低、散热一般、功能简单。
　　非公版产品：是厂商只使用了芯片厂商的GPU，根据自己产品的需要，对公版PCB进行优化，重新设计，以达到增加功能、提升频率、强化电路等优于公版产品的目的，又或者为了达到缩减PCB层数、PCB大小、供电元件、降低频率等提高性价比的目的。不过目前市场当中的非公版产品以后者居多。
　　● 公版PCB的优缺点分析：
　　

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　　公版卡的优势
　　第一：NV/ATI官方设计的板型，做工用料完全不用担心，性能稳定性都经过严格测试，值得信赖;
　　第二：公版不一定是最强的，但很可能是成本最高的，PCB层数、用料都非常奢华;
　　第三：公版卡上市速度最快，如果您喜欢追新的话，那么可能只有公版这一种选择;
　　第四：NV/ATI高端显卡不会轻易开放生产权限，只有公版卡。
　　
　　公版卡的劣势
　　第一：板型千篇一律，不同厂家的产品基本完全相同，没有特色、同质化严重;
　　第二：公版散热器效能勉强，温度/噪音表现不好(公版PCB+非公版散热器除外);
　　第三：公版用料奢华，成本居高不下，而且NV/ATI往往对公版卡限价，简单来说就是贵;
　　第四：公版卡由NV/ATI总部设计，往往采用了高端电感/电容/MOS(事实上用料冗余，没必要如此豪华)，这给不同地区的工厂采购原料造成了困难(并没有考虑到世界各地的实际情况)，因此产量有限，各大厂商也不愿使用公版设计。
　　● 非公版PCB的演变及歧义：
早期的非公版产品当中，显卡厂商大多为了体现自己的研发实力或者其他方面，大多会开发出一些性能更好、功能更全的非公版显卡，使那时的消费者对非公版产品趋之若鹜，所以非公版显卡的出现也为显卡领域带来了更多的新鲜血液，摆脱了市场上千篇一律的产品样式。
　　

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　　大多数非公版都是Cost Down(降低成本、缩水)版本
　　但随着产能的提升，和对硬件需求的极速发展以及价格的竞争上，非公版产品的质量逐渐严重缩水，搅乱了原本以高质量高性能著称的非公版产品，因此越来越多的玩家已经逐渐远离了非公版产品，转而重新投入公版产品的怀抱。至此目前在显卡市场很难找到超越公版显卡性能以及功能的产品了。而市场中多数的非公版产品几乎已经被各种缩水版的显卡所充斥着，非公版几乎成了缩水、偷工减料的代名词。因此，“非公版”这个词也似乎被越来越多的DIY玩家所排斥，“公版”开始与高品质和优秀做工挂钩。在了解了关于公版和非公版初步的概念之后，现在我们就来探讨一些更加深入的东西，那就是关于PCB的设计目的。
　　● 公版和非公版的设计目标不同：
　　NVIDIA和ATI并不直接卖显卡，它们设计PCB的目的是为了尽可能让GPU性能不会受到PCB的限制，严谨、均衡、保守是其主要特点。因此他们很少会考虑到成本、原料采购、世界各地工厂的制造能力等客观因素;
　　

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　　公版PCB往往是先于GPU而设计的，也就是说GPU尚未出世，公版PCB已经准备就绪了，然后再把GPU焊上去，来检验其性能表现。由于这种PCB在设计时只停留在理论阶段，对GPU的电气特性尚未吃透，因此往往用料冗余，只是在产品发布最后阶段作一些微小的改动，最终性能表现不一定最好;
　　而非公版在设计时就非常灵活了，此时NVIDIA/ATI已经将成品GPU及公版设计方案交付合作伙伴，厂商可以在此基础上自由发挥，优化布线和供电设计，当然也可以在条件许可的情况下降低成本。
　　● 非公版也有好坏之分，缩水也是情有可原
　　所以可以这么说，非公版不一定比公版差，一些厂商精心设计的非公版PCB成本可能比公版低一些，但性能反而更好。换句话说，既然以更小的代价可以实现更多的功能和更强的性能，有什么必要大动干戈使用豪华PCB呢?
　　

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　　同型号显卡中，价格最低的往往就是“缩水”卡
　　当然也有片面追求低成本的非公版PCB，这种设计一般针对低端市场，虽然缩水严重，但也能保证在低频率下的稳定运行，我们不能一味的鄙视它，毕竟一分价钱一分货，缩水卡也有缩水卡的市场，定位和设计目标不同而已。稍有DIY知识的玩家都会以PCB层数来判定其好坏，因为10层板肯定比8层或6层板的成本高，基于一分价钱一分货的考虑，大家都形成了定势思维，其实这完全是一个误区!
　　● 主流显卡PCB层数解析：
　　基本上，PCB层数是由数据线密度所决定的，这其中显存位宽和供电模快能够直接影响数据线的规模，因为高端(高位宽)的GPU针脚数更多、需要更多数量的显存颗粒、需要更加复杂的供电模快。下面就以NVIDIA/ATI的主流公版显卡来简单举例说明：
　　64Bit低端卡：4层PCB刀卡——HD3450、8400GS
　　

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　　这类入门级显卡核心非常小巧、64Bit低频GDDR2显存只要四颗就满足要求，供电十分简单，使用4层PCB只要半高设计都足矣。
　　128Bit中端卡：6层PCB——HD3650、8600GT
　　

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　　128Bit的GPU核心就比64Bit大了不少，显存虽然还是只要4颗，但GDDR3显存对供电和终结电阻的要求远高于GDDR2，因此大多中端卡都采用6层全高PCB。
　　当然，如果频率较低、简化供电的话，128Bit显卡很容易做成4层PCB，因此市面上低价86GT/3650大多为4层PCB设计。

　　256Bit中高端卡，8/10层PCB——HD3870/8800GT
　　

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　　HD3870为8层，8800GT为10层
　　显存位宽到了256Bit，显存增加到8颗，数据线再次翻番，同时GPU/显存的供电模快也要比128Bit显卡复杂很多，此时显卡不仅PCB需要加长，而且层数也增加到8层或10层。
　　其实采用12层PCB的256Bit显卡也不在少数，比如X1950XTX、7900GTX这类昔日的旗舰显卡，自然是不考虑成本之作，为了保证豪华的供电以及高频率下的稳定运行，就使用了奢华的12层PCB。
　　256Bit以上顶级显卡，12/14层PCB——8800Ultra、HD2900XT
　　

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　　从上到下依次为：8800Ultra、HD2900XT、X1950XTchinafixize]
　　继续增加显存位宽，对PCB的承受力又是一次严峻的考验，G80和R600都是怪兽级核心，供电的负担也非常沉重。NVIDIA给384Bit的8800GTX/Ultra使用了加长型的12层PCB，而AMD在512Bit的HD2900XT上首次启用14层PCB!现在大家就可以直观的看到，14层PCB的优势就在于集成度更高，HD2900XT无论位宽还是功耗都比8800Ultra大，但是PCB反而控制得更短。
　　● PCB板的层数越多越好吗?
　　通过上面的实例分析就可以了解到，PCB设计成多少层完全是由线路复杂程度决定的，如果4层板无法排布密密麻麻的走线，那么就必须多开几层，使用6层板，此时6层板就给研发人员提供了广阔的空间，从而能够合理的细分数据线路，最大限度的降低信号串扰。
　　如果6层板已经足够用了，那么使用8层板就是一种浪费。PCB层数越多，可容纳的线路也越多，但不同层PCB板的交迭，加深了线路设计的难度。如不小心弄巧成拙，可能会发生8层板与6层板的功能/性能完全一样，却徒增不少成本。当然成本倒还是其次，关键更多层的PCB在沾合时对精度要求更高，而且线路损耗增大，实际上数据线在各层之间绕来绕去反而不利于信号传输。
　　因此，通常大家说多层PCB能够降低干扰、提高稳定性，其实也是相对而言的，要具体问题具体分析。HD3870核心频率高达800MHz、GDDR4显存达到了2250MHz，8层足够了何必用10层呢?对于8800GTX/Ultra这种顶级显卡来说，NVIDIA没必要在PCB上节约成本，12层就够了没必要用14层，因此PCB层数多少根性能好坏、做工优劣并无直接关系。上页所举的例子都是NVIDIA/ATI公版显卡，对于非公版来说，可选择方案就非常多了。由于公版卡用料冗余，所以厂商在设计非公版PCB时，大多会选择降低PCB层数，但如果把比公版PCB低的非公版都定义为缩水的话，未免有些偏颇了。
　　● 罕见的PCB加层显卡：8层板8600GT
　　公版8600GT和更高频的8600GTS都是6层PCB设计，一些便宜的低频8600GT采用了4层PCB设计，但也有些特殊的8600GT竟使用了8层PCB，我们不禁要问这有必要吗?
　　

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　　七彩虹8600GT mini精致版为8层PCB设计
　　这不是款普通显卡，为了把128Bit中端卡的PCB压缩，做成HTPC用的刀卡，由于PCB面积直接缩小一半，集成度大增，6层布线捉襟见肘，此时使用8层虽然成本增加，但有助于提高稳定性、并保证刀卡的频率不低于普通全高卡，对于HTPC用户来说无疑是极具吸引力的。
　　● 超越公版的PCB减层显卡：8层板9600GT
　　前文中曾提到过，频率/功耗远高于9600GT的HD3870，都只采用了8层PCB，而公版9600GT居然不惜工本使用10层PCB，着实让人有些意外。
　　

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　　公版9600GT的供电部分空空荡荡，实际上没必要使用10层PCB
　　实际上P456是在P393的基础上稍作修改而开发的，所以沿用了8800GTS/GT的10层PCB设计，其实对于功耗发热更低的9600GT来说，根本没有必要使用10层PCB，8层已经是绰绰有余了。
　　

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非公版9600GT的代表作：豪华的8层PCB　　因此，市面上很多非公版9600GT都采用了8层PCB设计方案，这样适当的减层设计并不会对显卡的稳定性、超频、品质造成负面影响，反倒是可以增添新功能、加强供电、提高超频能力，而且合理的用料以更低的成本实现了更高的性能，是极具性价比之选。
　　现在我们就以七彩虹9600GT冰封骑士为例，向大家说明9600GT为什么要用8层PCB，而不用10层或6层?
　　● 第一层：Top层(显卡正面层)
　　

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　　主要走显存的CMD线、PCIE信号线、所有贴片元件和芯片的焊点等。
　　● 第二层：GND1(接地层1)
　　

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　　整层接地
　　● 第三层：Int1(显存数据线层1)
　　

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　　主要是走显存的数据线、DQS、SLI接口和IO输出的线等。
　　● 第四层：Vcc1(GPU供电层)
　　

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　　主要是电源层，主要是NVVDD(给GPU供电)，12V，3.3V等，也有少量的GPIO走线。
　　● 第五层：Vcc2(显存供电层)
　　

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　　也是电源层，主要是FBVDD(给Memory供电)，12V等
　　● 第六层：Int2(显存数据线层2)
　　

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　　也是走线层，主要是Memory的数据线，CLK，DQS，SLI等
　　● 第七层：Gnd2(接地层2)
　　

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　　同第二层相同，整层铺地线
　　● 第八层：Bottom(显卡背面层)
　　

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　　主要也是走线，PCIE 的差分线、显存的CMD线、插件元件和芯片焊点等。
　　● 小结：
　　通过层层分解8层PCB的布线就可以发现，供电就占用了两层，显存数据线也是两层，两层接地，再加上正反两面是必不可少的两层，PCB之间各司其职、环环相扣，8层PCB是一种相当完美的设计方案。
　　如果想要把96GT做成6层PCB，就必须压缩供电、显存或接地层，这样供电电流就不够纯净，显卡在高频下的稳定性和良品率会降低，而且可能无法通过EMI测试，不过一般性使用应该没什么问题。由于用户对显卡的要求越来越高，千篇一律的公版卡已经无法满足所有人的需要，而且多数厂商也不愿意使用公版PCB，因为成本高、功能少、性能也一般。因此大家就会发现这样一种现象，在一款新品(如9600GT)发布的第一个月内，基本上就是公版卡的天下，因为公版卡无需重新设计拿来就能用，可以迅速出货抢市场。而在稍后的第二个月甚至第三个月，非公版设计就如雨后春笋般冒出来，这也代表着该产品正式走入成熟期，不但性能被完全释放，而且价格也更加平易近人，是出手购买的最佳时期!
　　现在市面上的非公版显卡是五花八门，这对于广大用户来说既有利也有弊。好处就是有了非常多的选择方案，坏处就是不同型号的品质良莠不齐。那么，我们该如何分辨非公版显卡的层数及优劣?
　　● 如何识别显卡PCB的层数?
　　理论上，PCB是多少层可以数出来的，因为PCB实际上就是绝缘层和线路层粘合压制而成的，类似于建材用的那种多层胶合板，只不过PCB通常都是偶数而胶合板是奇数。在PCB断面可以分辨出绝缘层和线路层的材质明显不同，但是6层以上的PCB粘合非常严密，肉眼基本无法分辨率，除非借助高倍放大镜或者显微镜。
　　既然肉眼无法分辨，就只能通过经验或者表象来“估算”了，公版PCB的层数是固定的，有些非公版只是在公版的基础上进行了小幅改进(大多针对供电模块)，如果看上去比较相似的话，其层数必然和公版完全相同。

　　

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　　8层PCB：显存数据线都在内层 6层PCB：显存数据线在表层
　　通过前面对8层PCB 96GT的解剖可以看出，想要对256Bit显卡的PCB进行压缩，就不得不对显存布线下手，因此6层板的显存数据线有绝大多数分布在显卡正反两面的表层，这个一眼就能看出，很容易分辨。

　　对于128Bit的中端卡来说，通过显存数据线分辨PCB层数同样是一个行之有效的方法，数据线隐藏在内层的一般就是6层，表层的就是4层。
　　● 如何判断显卡PCB的优劣?
　　一款PCB需要经过各种各样非常严格的测试才能得出其性能和稳定性的表现，很难通过外观辨别其优劣。但是对于普通用户来说，也只能通过其外观来鉴别。如果连外观都有问题的PCB，质量也不一定能控制好。事实上，很多低价显卡的PCB都或多或少的存在这些问题：
　　1)、边角上是否有毛刺：优质PCB横断面非常光滑，绝对看不出绝缘层，只有在特殊位置(一般在接口金手指附近)留有茬口;
　　2)、PCB板韧性：优质PCB的各层之间粘合非常紧密，相对来说不易弯曲，这个只有拿两块PCB做对比才能感觉出来;
　　3)、供电模块的位置：几乎所有公版卡都将供电设计在远离接口的位置，而且元件排列整齐划一，这样可以有效降低干扰;
　　4)、终结电阻的数量：为了防止数据线终端反射信号，GPU和显存周围都会安置密密麻麻的小电阻，这些电阻即使省掉可能也不影响使用，但对长期运行会造成隐患，稳定性大打折扣;
　　5)、焊点是否良好
　　6)、观察板面是否平整、均匀

　　

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　　一块光亮整洁、板卡周边无毛刺、无颜色偏差现象、PCB焊接饱满、均匀、供电整齐划一、元件密密麻麻的PCB才是上佳之作。
　　● 玩家也能参与PCB设计?供电相数PCB层数居然能定制!
　　在大家为公版还是非公版、10层8层或6层、3相还是2相供电争论得面红耳赤的时候，我们发现一种新的显卡模式惊现网络，这种称为“One-to-One定制模式”的显卡品牌iGame，能够让玩家自己“订制”显卡的PCB层数和供电相数，甚至PCB颜色、输出接口这些细微的东西都能从自己的需求出发选择!
　　

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　　萝卜青菜、各有所爱。世界上没有最完美的设计，只有最适合用户胃口的产品。您到底喜欢显卡采用什么样的配置呢?有兴趣的话不妨按照“九大模块可定制!iGame官网抢先揭秘”一文的方法，亲自去igame.colorful.cn定制一款，希望本文关于PCB部分的介绍能够帮助大家在今后购买显卡时做出正确的选择!

会员56539 · 发表于 2010-3-1 22:26:41

总感觉要学的太多了...每天不睡觉都学不完..

会员19018 · 发表于 2010-3-1 22:39:30

非常好的教材，看完后受益颇深

会员103798 · 发表于 2010-3-2 01:42:16

我又学了一些，

会员55238 · 发表于 2010-3-2 22:23:33

很详细的看完了，受益很多

会员23061 · 发表于 2010-3-2 23:12:12

从这里不难看出，现在的非公版和公版卡在我们维修时，维修BGA的情况下为什么有些需要延长加热时间了

会员199977 · 发表于 2010-3-3 21:14:40

感慨PCB技术的进步

会员126018 · 发表于 2010-3-10 10:06:36

上学的时候记得老师说过你们还学电脑呢那发展速度是你们人脑的N倍你们永远都跟不上。。。。。

会员38221 · 发表于 2010-3-10 10:45:36

看了这篇文章后，觉得可能以后显卡位宽更高的时候，高到制作出的显卡会不能再装到机箱里了，无法想象

会员23061 · 发表于 2010-3-11 16:52:37

有这种可能，期待中，，，

会员186602 · 发表于 2010-3-23 18:08:53

有没有这方面的显卡,内存,主板的PCB文件?如果有对修维是有很大帮助的.那些布板的都是高手,顺便也提高下技能!

会员196102 · 发表于 2010-3-24 10:03:39

好东西，虽然有很多一下子消化不了，但是还是学到了不少，顶顶顶

会员160240 · 发表于 2010-3-28 08:45:36

一分钱一分货市场需要厂商不赚钱也不会去做

会员200113 · 发表于 2010-3-28 11:09:33

的确超强的介绍，要是再能把各PCB的耐温值发布一下，那就更好啦，哈哈

会员197863 · 发表于 2010-4-4 00:31:10

看完，对一分钱一分货这个概念有了更深的了解。

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