ASRock Z87 OC Formula

Hardverski nivo – layout i čipovi

Za početak ako je nekom potrebno tu je i jedna slika u većoj rezoluciji:

Layout na kojem je zasnovan testiran model matične ploče je EATX sa ukupno 7 slotova. Od Full ATX formata, ovaj layout se razlikuje po širini. Za montažu ove matične ploče biće potrebno malo ozbiljnije kućište, koje ima veću dubinu. Layout-om dominiraju 4 žuta PCI Express 16x slota pune veličine, između kojih je dovoljno razmaka za postavku grafičkih karti sa dual slot hladnjacima. ASRock je opremljen specijalnim „distortion free“ slotovima koji se razlikuju od standardnih po tome što imaju kraće pinove koji prolaze kroz PCB. Pinovi u DRAM i CPU socketima poseduju deblji sloj zlata, što u prevodu znači da je ova matična ploča namenjena testerskim uslovima gde se često menjaju komponente. Deblji sloj pozlate znači i bolju provodljivost.

Tu se nalaze i još dva PCI-Express 1x slota, kao i jedan mPCI-Express, takođe 1x. Svi slotovi poštuju specifikaciju PCI Express v3.0, izuzev prilikom korišćenja PLX ekstendera u quad SLI, što ćemo objasniti nešto kasnije. Zadnja strana layout-a ne sadrži dodatne komponente, izuzev kondenzatora ispod procesorskog socket-a, kao i dodatne mosFET power block-ove koji se nalaze i sa donje strane PCB-a i koji su zaštićeni i hlađeni metalnim pločicama pričvršćenim kroz PCB za hladnjak naponske sekcije.

Kompletan layout, sa sve čipovima je premazan takozvanim Conformal Coating-om, koji predstavlja sloj nekog polimera koji ima zaštitnu funkciju. Na žalost, zbog ovog premaza Z87 OC Formula je veoma nezahvalna za fotografisanje i recenziju, pa se unapred izvinjavamo cenjenom auditorijumu čitalaca zbog nečitljivosti oznaka na čipovima.

Ono zbog čega je ASRock „presvukao“ matičnu ploču ovim premazom je funkcija zaštite od vlage. U prethodnim recenzijama je bilo reči o tome da vlaga u monsunskim predelima ume da bude tolika da PC i matična ploča umeju da otkažu. Dakle, za običnog korisnika, Conformal Coating ima funkciju da zaštiti od atmosferske vlage. Međutim, ova zaštita je toliko ekstremna, da bukvalno možete da polivate vodom PCB dok matična ploča radi i ASRock garantuje da se neće dogoditi ništa. Ipak, mi nismo želeli da proveravamo ovo, ali svakako verujemo ASRock-u:

Ipak, funkcija Conformal Coatinga nije da možete da polivate matičnu ploču vodom dok ona radi, već je poenta pri korišćenju vodenih hlađenja (koja mogu da procure), ali i u overklok sesijama i korišćenju LN2, gde se često javlja kondenzacija prilikom nalivanja POT-a tečnim azotom.

Conformal Coating eliminiše potrebu za pravljenjem dodatne izolacije kada su u pitanju ovakvi ekstremni poduhvati.

Izrada PCB-a je veoma skupa i kvalitetna jer koristi 8-slojnu PCB štampu, dok je standard za overklokerske matične ploče 6 slojeva. Razlog ovome je postizanje što boljeg odnosa signal-šum između memorijskog kontrolera i memorije, kao i između ostatka sistema i procesora. Sporedni pozitivni efekat u svemu ovome je i povećan odnos signal-šum kod samog audio podsistema. Purity Sound na Z87 OC Formuli je zbog toga unapređen u odnosu na isti ovaj kodek kod standardnih modela, na primer Extreme 4. Jasno je da je ovde reč o kvalitetnoj matičnoj ploči. Elektronika na matičnoj ploči je izuzetno kvalitetna, a sama naponska sekcija je overkil za 99,9999% korisnika i overklokera.

Osim što je layout urađen tehnologijom koja štiti vodove od vlage i kratkog spoja, kao i na drugim modelima matičnih ploča sa specijalnim audio kodecima, ASRock Z87 OC Formula poseduje EMI shield. Ova „linija razgraničenja“ na PCB-u nije osvetljena nikakvim fancy led diodama, kao što je to slučaj na mnogim drugim modelima. Ipak, LED diode predstavljaju dodatni izvor elektromagnetnih smetnji, što naravno, može da se odrazi na kvalitet reprodukcije audio signala.

Naponska jedinica je izvedena u obliku ćiriličnog slova Г i poseduje 12 naponskih faza, regulisanih preko dablera, odnosno mosFET drajvera, a kao gradivni elementi korišćeni su super-kvalitetni aluminijum-polimer elektroliti renomirane japanske kompanije Nichicon.

U pitanju su Premium Gold Capacitor elektroliti, koji imaju 2,5x duži životni vek od standardnih aluminium polimera, što u prevodu znači da pozlata na njima daleko bolje odvodi višak toplote. Na ulazu u naponsku sekciju primećujemo ukupno 3 elektrolita kapacitivnosti 270 µF sa gornje strane i još jedan isti takav sa desne strane. Oni su deklarisani na standardnih 16V napona i nose slovnu oznaku C. Na izlazu iz naponske nalazi se ukupno 6 i još dva sa strane kapaciteta 650 µF, sa slovnom oznakom J, deklarisani na 6,3V. Pored aluminum polymer-a tu se nalaze još i tri tantalska Poscap kondenzatora, kao i još deset MLCC kondenzatora. Cilj ovoga je filtracija različitih vrsta šuma. Zahvaljujući ovome, temperature procesora su niže, a overklok potencijal je naravno veći. Ipak, ne čudi mnogo zbog čega su se u ASRock-u na ovom vrhunskom overklokerskom modelu odlučili za ovako robusno filtriranje napona: Z87 OC Formula poseduje dablere naponskih faza, gde su „spajkovi“ (nagli vrlo kratki padovi u ovom slučaju) mnogo pre mogući nego kod VRM sekcija koje ne koriste dablere.

Zavojnice koje su korišćene su takozvane Premium Alloy Choke od 680 µH, napravljene od specijalne legure, koje imaju mogućnost bolje termalne disipacije. Još jedan bitan faktor su smanjeni „core losses“ – gubici elektromagnetnog jezgra. Gubici generisani za dati materijal predstavljaju funkciju frekvencije rada i ukupno variranje elektromagnetnog fluksa. Gubici jezgra se javljaju usled tzv. Foucaultove struje i rezidualnih gubitaka u materijalu jezgra zavojnice. Ovi gubici su transformisani u toplotu, koja dodatno utiče na gubitke. Dakle, nisu dovoljni samo jaki mosFET tranzistori sa velikom efikasnošću već je potrebno koristiti i zavojnice vrhunskog kvaliteta.

Kao glavni gradivni element naponske sekcije korišćeni su veoma efikasni Texas Instruments TI NexFET 87350D power block tranzistori poslednje generacije, koje smo već videli na ASUS ROG Z87 matičnim pločama. U pitanju je poslednja reč tehnologije.

Ovi DSM – Dual-Stack MOSFET tranzistori su deklarisani na 40A, pri čemu disipacija iznosi nekih 7W po tranzistoru.

Tako na primer ako NexFET daju 25A sa efikasnošću od 92%, imamo 32,5W električne energije, odnosno oko 2,5W toplotne disipacije. Poređenja radi, na slabijim mosfet-ima imamo veće oslobađanje toplote za isto opterećenje, pa je i dizajn naponskih jedinica nešto drugačiji, koristi se veći broj mosfet-a sa dablerima da bi se smanjilo grejanje, ali se na taj način efikasnost ne povećava, jer veći broj mosfet-a niske efikasnosti opet stvara određenu količinu toplotne energije koja je rezultat manje efikasnosti.

Međutim, ASRock na Z87 OC Formuli koristi 12 faza sa dablerima jer PWM kontroler ne podržava više od 6+2 faza, a broj mosFET-a je dupliran tako što se i sa prednje i zadnje strane PCB-a nalazi po jedan DSM poweblock, gde svaki sadrži i up i low mosfet u jednom pakovanju, tako da je ova matična ploča opremljena praktično sa 24 DSM power block mosFET-a, odnosno ukupno 48 mosFET-a, što je naravno pravi overkill kada je u pitanju VRM dizajn. U poređenju sa ovim, drugi modeli matičnih ploča koriste za svoje „top modele“ najviše 8 fazno napajanje sa 8 dual stack mosfet-a, odnosno ukupno 16 mosFET-a, konkretno TI NexFET ili IR3550/3553.

Ovo u prevodu znači sledeće: mosFET-i na ASRock-u rade na 95+ % efikasnosti, sa relativno malom jačinom struje, ma koliko opteretili vaš procesor overklokom i povećanim naponom. Uz korišćenje vrhunskih komponenata i trostepene filtracije napona (korišćenjem solid cap, tantalskih poscap i MLCC elektrolit) i Premium Alloy zavojnica, rezultat je ne mlaka, već hladna naponska sekcija i to pri rapidnom overklokingu i stres testovima. Međutim, druga strana „medalje“ u vezi dublera faza je problem smanjivanja frekvencije rada mosfet-a. To znači da ako PWM kontroler može da isporuči signale na 500 KHz, sa dublerima ti signali će biti isporučeni mosfet-ima na 2×250 KHz, dakle, svaki tranzistor će dobijati impulse na frekvenciji od 250 KHz. Postoji još jedan problem u vezi dublera faza: PWM signal putuje ka MOSFET drajveru (dableru), odakle se on dekodira i šalje na odgovarajući MOSFET. Signal sa drajvera mora biti na odgovarajućem naponu, kao što je iz PWM kontrolera da bi se izvršila pobuda na MOSFET gate-u. Ukoliko nije odgovarajući napon, MOSFET se neće uključiti ili ćemo imati spajkove, odnosno padove napona. Zbog ovoga i ne čudi zašto ASRock na OC Formuli koristi ovako specifičnu filtraciju napona – razlog tome jesu dableri u naponskoj sekciji koji mogu da izazovu spajkove.

Za kontrolu napona procesora na mosFET-ima koristi se digitalni PWM kontroler sa oznakom IR3567B potpisan od strane International Rectifier-a. U pitanju je digitalni 6+2 kontroler, a 12 faza je ostvareno uz pomoć dablera, odnosno mosFET drajvera od kojih je iskorišćeno prvih 4 od 6 faza pwm kontrolera i duplirano u 8 faza, dok je drugih 2 faze duplirano u 4. Ovime se dobija 8+4 naponskih faza, odnosno 12 faza.  Obzirom da je ovo PWM kontroler najnovije generacije, njegova pulsna frekvencija je između 200 KHz i 2 MHz po fazi, što znači da dubleri faza zapravo smanjuju ovu frekvenciju na najviše 1 MHz, što je opet više nego dovoljno, ako uzmemo u obzir brzinu rada ugrađenih mosFET-a koja iznosi najviše 1,5 MHz. Ova vrednost je naravno teoretska, u praksi mosFET tranzistori rade na frekvencijama od oko 500 KHz, na naponskim bez dablera.

Za dupliranje faza korišćeni su IR 3598 mosfet dubler/driveri koji spadaju u najkvalitetnije moguće rešenje, jer u sebi sadrži i dabler i drajver, sa varijabilnim ulaznim naponom gejta od 4V do 13V i frekvencijom pulsa od 150 KHz do preko 1 MHz, što u potpunosti prati brzinu rada MOSFET tranzistora.

Za filtraciju napona na memoriji korišćeni su identični solid cap elektrolitima za filtraciju napona za CPU.

Za kontrolu napona na memorijama korišćen je CHIL PWM kontroler sa oznakom 8104-00 i još dva IR 3598 mosfet drajvera identična kao na procesorskom VRM-u.

U dva SPI eprom flash čipa nalaze se sadržaji firmware-a, odnosno BIOS-a. Naravno, ova matična ploča podržava backup i transfer iz jednog čipa u drugi, kao i mogućnost flešovanja dve različite verzije BIOS-a i pokretanje sistema uz pomoć jedne od ove dve, izborom na prekidaču specijalno predviđenim za tu namenu.

Za kontrolu dodatnih USB 3.0 portova koristi se Etron EJ188H, dok se za prosleđivanje USB 3.0 signala koristi ASMedia USB 3.0 HUB interfejs.

Za HDMI In i Out koristi se ASMedia 1442K HDMI shifter koji smo već videli na ASRock Z87 Extreme 4 matičnoj ploči. Ovaj kontroler omogućuje ASRock-ovim matičnim pločama da prosleđuju sliku sa eksternog izvora na monitor, čak i kada je računar ugašen. Zahvaljujući dotičnom kontroleru ASRock Z87 OC Formula ima podršku za ukupno 3 monitora i 4K rezoluciju uz korišćenje integrisanog grafičkog čipa.

Za kontrolu PCI-Express linija koristi se ASMedia 1480 multiplexer/demultiplexer. ASRock Z87 OC Formula opremljena je i sa dodatnim PLX čipom sa oznakom 8608, identičnim kao na ASUS Z87 Deluxe. Ovaj PLX kontroler omogućuje dodatnih 8 PCI-express 2.0 linija. Haswell CPU podržava ukupno 16 PCI Express linija po specifikaciji 3.0, dakle, u 3-way SLI/Crossfire režimu moguće je koristiti najviše 8x4x4x. PCH, odnosno čipset poseduju dodatnih 4x PCI-e 3.0, što je ukupno 20 PCI-Express linija. Ukoliko se koristi PLX čip, tada za rad grafike možete koristit maksimum 24 PCI-e linija, ali u 2.0 režimu. Drugim rečima, za 3-way GPU setup, možete imati 8x8x8x PCI Express 2.0 ili 8x4x4x 3.0, gde vam toplo preporučujemo ovaj drugi, zbog manje latencije integrisanog PCI express kontrolera. Ako pak želite 4-way SLI ili Crossfire, onda možete koristiti najviše 8x8x4x4, ali isključivo u 2.0 režimu. Napomenućemo i to da je PCI-Express 3.0 2x brži od PCI-Express 2.0 po pitanju transfera podataka.

Kod implementacije audio kodeka, ASRock je koristio ALC 1150 DAC/ADC koji prema specifikacijama ima 115 dB odnos signal šum. Ovaj kodek smo viđali do sada i u standardnim izvedbama, a Purity Sound koristi EMI Shielding Cover, kao i PCB izolaciju koju smo već spomenuli. Zahvaljujući 8-slojnoj štampi, ova matična ploča daje nešto bolje audio rezultate nego testirani ASRock Z87 Extreme 4.

Priča oko zvuka se ne završava na EMI štitovima: na PCB-u se nalaze i TI NE5332 pojačivači – jedan za slušalice, a drugi za izlaz na backpanelu. Zahvaljujući ovim pojačivačima frekvencijski odziv u zoni basova je daleko bolji nego na standardnoj implementaciji audio kodeka.

Ono što primećujemo je da ASRock nije koristio specijalne audio kondenzatore, kao što je to slučaj kod audio rešenja konkurentskih proizvođača, već su korišćeni manje-više standardni aluminium polymer elektroliti od 3,6V kapacitivnosti 100 µF.