Cómo funcionan los VRM y cómo influyen en el rendimiento de la CPU
Por la facilidad que tenemos a la hora de construir un PC, a menudo no apreciamos la ingeniería eléctrica que se lleva a cabo para que todo funcione. Por ejemplo, ¿Cómo gestiona la placa base la forma en la que el procesador obtiene la energía que necesita para funcionar? Lo hace a través de los módulos reguladores de voltaje o VRM por sus siglas en inglés, y en este artículo te vamos a contar qué es exactamente un VRM, cómo funciona y cómo afecta al rendimiento del procesador.
Cuando hablamos de placas base para PC, a menudo se menciona que tienen VRM de X fases donde todos apreciamos el hecho de que el que tenga un mayor número de fases es mejor, especialmente si pretendes hacer overclock al procesador. Esta base es esencialmente cierta, pero para llegar a esta conclusión vamos a adentrarnos un poco más en la materia para ver cómo funciona todo este sistema de entrega de energía al procesador.
¿Qué es un VRM y cómo funciona?
Los VRM (Voltage Regulator Module) de tu placa base consisten en una serie de componentes electrónicos cruciales pero subestimados, puesto que son los que garantizan que el procesador o incluso la tarjeta gráfica reciban un suministro de energía limpio y, lo más importante, con el voltaje exacto y constante que necesitan para trabajar en el régimen para el que fueron diseñados.
No solo los encontramos en los ordenadores, sino también en móviles, tablets y la mayoría de dispositivos electrónicos que requieran de una seguridad y conversión de energía para que los componentes no acaben, ni fritos por un exceso de suministro, ni infrautilizados por un defecto en la cantidad de corriente que deben recibir.
Un sistema de VRM deficiente puede provocar un rendimiento degradado y limitar la capacidad del procesador de funcionar bajo una alta carga; incluso puede provocar apagones inesperados, especialmente cuando se realiza overclock en esos casos en los que buscamos más rendimiento pero al final solo recibimos una alerta del hardware, que nos avisa de que mejor usarlo dentro del rango definido por el propio fabricante.
El primer trabajo de un VRM es convertir la energía de 12 V que le llega de la fuente de alimentación a un valor de voltaje utilizable por los componentes del PC. En el caso de los procesadores, este voltaje suele oscilar entre 1,1 y 1,3 V, y es que los delicados componentes de su interior pueden cortocircuitarse fácilmente cuando no se les suministra el voltaje adecuado. La precisión también es crucial cuando se alimenta una CPU, y el voltaje requerido debe suministrarse de la manera más exacta posible. Por este motivo, los VRM son mucho más complejos que un simple cable, si bien en el fondo su funcionamiento se basa esencialmente en comportarse como un convertidor reductor, convirtiendo el voltaje precisamente a los niveles adecuados.
El VRM utiliza tres componentes para hacer su trabajo: MOSFET, inductores (también llamados chokes) y condensadores. También hay un circuito integrado (IC) para controlarlo todo, a veces llamado controlador PWM; a continuación puedes ver un esquema simplificado de cómo funciona un VRM monofásico.
Con varias fases (procesador + RAM)
Los ordenadores modernos requieren más de un VRM monofásico, y por ello los sistemas de energía de las placas base modernas utilizan VRM de varias fases o VRM multifásico. Las múltiples fases distribuyen la carga de energía en un área física más amplia, reduciendo así la producción de calor y el estrés en los componentes, además de proporcionar otras mejoras eléctricas relacionadas con la eficiencia y el coste por pieza.
Cada una de las fases de estos VRM modernos suministra una fracción de la energía requerida, turnándose para proporcionar la energía total al procesador. Tomada individualmente, cada fase proporciona solo un breve momento de potencia, visualizado como una onda de forma cuadrada.
La ráfaga de energía de cada una de las fases se escalona desde la última, de modo que si bien solo funciona una fase cada vez, la cantidad total de energía nunca cambia. Esto, a su vez, produce una fuente de energía suave y confiable, justamente lo que requiere un procesador para funcionar de manera óptima. Puedes ver un sistema simplificado de funcionamiento a continuación.
La verdad detrás de los anuncios de las fases
Normalmente, los fabricantes de placas base anuncian los VRM de sus productos como la suma de dos cifras, como por ejemplo «8 + 3» o «6 + 2». El primero de estos números indica el número de fases dedicadas a la limpieza de energía para la CPU, mientras que la segunda cifra indica las fases de VRM que quedan para alimentar otros componentes de la placa base, como por ejemplo la memoria RAM.
Cuando el primer número es mayor que 8, como por ejemplo 12 + 1, 18 + 1 o incluso más, el fabricante suele utilizar un dispositivo llamado duplicador. Un duplicador les permite multiplicar el beneficio de las fases existentes sin tener que construir físicamente fases adicionales en el PCB de la placa base. Si bien esto no es tan efectivo como las fases completamente separadas, sí permite algunas mejoras eléctricas en el conjunto y obviamente su coste de fabricación es bastante menor.
Eso sí, dado que esta técnica permite a los fabricantes aumentar el número de cara al comprador a un pequeño costo para ellos, a menudo se aprovechan con estrategias de marketing para «vender» su placa como si fuera mejor de lo que es. Ojo con eso porque siempre nos acaban colando datos incompletos, o explicaciones que no son del todo fiables y que sesgan buena parte de la información. Como lo de los gigas de 1.000 megas de almacenamiento de las unidades y no las 1.024 de rigor.
¿Cómo afectan al rendimiento del procesador?
El objetivo del circuito de VRM es la provisión de energía limpia, confiable y eficiente. Sin embargo, incluso un VRM básico puede ofrecer un rendimiento suficiente para mantener una CPU de gama media a velocidades estándar, pero es precisamente al hacer overclock o empujar los límites de los componentes cuando la calidad de los VRM se vuelve más importante.
Los overclockers deben buscar placas base que tengan VRM de componentes confiables. Si los componentes son baratos y de mala calidad, es probable que no proporcionen suficiente voltaje bajo carga, lo que provocará cuelgues en el sistema, especialmente al hacer overclock. Los componentes que más afectan a esto son los condensadores que podéis ver marcados en verde en la imagen de arriba.
Por lo tanto, si buscas hacer overclock debes buscar placas con condensadores de buena calidad, a menudo comercializados como «condensadores japoneses de 105 °C», «condensadores de estado sólido» o «condensadores oscuros». Los niveles de overclock muy elevados también requieren que los Chokes sean de buena calidad, y a este respecto se suelen llamar SFC (Chokes de superferrita) o «Chokes de aleación premium». También debes fijarte que los MOSFETs tengan sus propios disipadores, ya que este es el componente que más calor genera.
Además, aquellos que utilizan CPUs de mayor potencia como los AMD ThreadRipper deben asegurarse que los VRM de su placa base sean de buena calidad, incluso aunque no vayan a hacer overclock. Muchos fabricantes están preparados para el consumo de los procesadores ThreadRipper, pero cuando la CPU consume mucha energía, la calidad de los VRM puede suponer la diferencia entre tener un buen o un mal rendimiento general.
En todo caso, incluso teniendo conocimientos sobre el tema, puede ser difícil saber si una placa base tiene unos buenos VRM para el procesador que pretendes montar, especialmente porque muchos fabricantes de placas emplean las fases de los VRM como mero material de marketing y apenas ofrecen un conocimiento detallados a los usuarios, que deben recurrir a fuentes de terceros que han dado el paso de hacer pruebas sobre esos modelos concretos.
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