军规不是什么都好 理性了解此概念
“军用”这个词,往往会给人们品质过硬、性能可靠的感觉,正因为如此,陆续有一些板卡类硬件品牌开始以“军规用料”概念向市场推广他们的产品。若这些产品真如制造商所言采用上述设计,它能给用户带来哪些切身利益?军用标准又与普通民用标准有何区别呢?
首先我们要给那些狂热的“唯军品优秀者”泼一盆冷水,如果仅仅以产品综合素质的优劣来区分军用标准和民用标准,未免太以偏概全了。其实在大概念上,所谓军用和民用,只是根据不同使用环境的需求而设计,本身并无优劣之分,也并非军用设备的各方面指标都会超过同类民用设备。事实上在大多数军民共有的设备中,军用设备的技术指标低于民用设备的比比皆是,下面先举个简单的例子。
● 军民本无优劣之分,只因使用环境不同
悍马(Hummer)是美国通用汽车公司的子品牌,因其H1车型被美国乃至世界各国军方采用而威名远扬。它及其硬朗的外观,坚若磐石的身板时常会让看到它的男人们血脉喷张。但事实上,如果以普通民用标准衡量,它绝对称不上是一款优秀的汽车。 军用悍马H1虽然具备超常的钢筋铁骨,能把大多数与之碰撞的普通汽车变为废铁,能轻易翻山越岭观赏别人看不到的风景,但这种冰冷生硬的钢铁质感在车内外同时体现,简陋的内饰和过于坚韧的悬挂系统确实无舒适性可言。其次,军用悍马H1上几乎省略了一切与战斗无关的车载设备,所用发动机技术保守,最高时速难超120km/h,虽然它价格不菲,但买它的人丝毫享受不到“昂贵的高级车”的优越性。
先进的技术意味着不够成熟,也不易维修,繁多的功能意味着复杂的结构和高故障率,这些弊端被祥和的民间生活掩盖,试想在生死攸关的战场上,你会不会恼火地砸掉那些平日里高贵典雅,而这时却华而不实的家伙?一个是射击精准但卡壳频频,一个是准头欠佳,但绝对保证你扣扳机枪即响的两种武器,你会带上哪个?
● 如何让军用标准造福电脑用户?
军用电脑乃至电脑硬件具有其它军用设备相同的属性,除了要有坚固的结构能扛摔耐碰之外,还必须能经受高温的炙烤。要确保电脑硬件在高温环境下的稳定性和耐久度,首先需要严格控制其本身的发热量。因此大多数军用电脑芯片都设定工作在很低的频率下,牺牲性能换取可靠性,除芯片外的其它元器件也同时遵循类似的标准。现在我们回归主题,在板卡类硬件中引入军用概念能否真正的造福消费者,这取决于设计者是能否扬长避短。
军规与民用 用料差异体现在何处?
军用电脑硬件因较高的使用强度和可能出现的恶劣环境,采取了一系列提高耐久度的措施,除了降低芯片工作频率和工作电压以控制发热之外,在电路板的设计和用料上也有更严格的要求,以确保万无一失。所以军用和民用电脑硬件主要区别在那些耐久度相对较差的元器件上,前者通常会采用其它解决方案。
● 电解电容廉颇老矣 已不适应现代电脑使用强度
普通电容毫无疑问是电路板上最易坏且寿命最短的元器件之一,就如同电池一样,大量被普遍采用的电解电容依靠电解液的电能—化学能转换作用工作。虽然电解液的配方可以影响电容的使用寿命和耐温值,但是这个改善的幅度十分有限,即便是品质优异的电解电容耐温值也仅达到105℃摄氏度。超过温度上限后,电解液会膨胀甚至沸腾。
为了防止电容在高温中爆炸,电解电容会在顶端雕刻有防爆纹,此处铝皮较为脆弱,当电解液膨胀时可以引导它从此处溢出,而不会造成爆炸后四处飞洒的现象,否则导电性能良好的电解液将可能造成严重的短路,烧毁整台电脑。
● 固态铝壳电容替代电解电容被广泛应用
随着社会科学的进步,电脑在民间的应用越来越广泛,使用强度也今非昔比。如今许多领域的工作几乎完全基于电脑开展,24小时不关机的情况比比皆是,这对电脑硬件的耐久度提出了更高要求。为满足此需求,硬件制造商开始在电路板上普遍采用固态铝壳电容替代原本的电解电容,这种原本被视作“骨灰级”硬件的标志如今已比比皆是。
这种固态铝壳电容其实原本就来自于军方需求,比如日本化工制造的超低ESR(等效电阻)系列,工作中阻抗低,变化趋于稳定,超大容量可达到1500μF,可与常规电解电容媲美。最重要的是这种电容内部用固态配方取代了电解液,可以杜绝爆浆现象。
钽电容有两种 老鸟也会被忽悠
● 钽电容确实有两种 电气特性差异大
尽管固态铝壳电容的总体素质优于电解电容,但是对于军方所处的苛刻战争使用环境而言还欠火候。它仅仅是比后者拥有更长的使用寿命,以及在高温下不会爆浆引发更大事故而已,不代表高温高压下其依然能维持原有的电气特性,不会失效。于是军用电子设备的核心部分就必须寻求一种更为可靠的电容解决方案,那么金属钽电容此时有了用武之地。
钽电容是一种真正意义上的固态电容,它没有中空的内腔结构,没有液态配方,使用钽金属做介质,1956年由美国贝尔试验室首先研制成功。钽电容是所有电容器中体积容量比较为出色的一种,滤波性能优异,且具备较高的耐温耐压特性(钽聚合物电容耐温值可达150℃),普遍在尖端军事、航天电子设备领域应用。
钽电容可以分为钽聚合物电容和钽二氧化锰电容两大类,两者之间价格、性能跨度巨大,经常容易引起用户的困惑。一颗AVX的2.5V 22μF钽二氧化锰电容每颗售价可能只有0.3到0.4元人民币,可是如果一颗大容量高耐压值低ESR的钽聚合物电容是什么价格呢?
以KEMET T530系列为例,一颗1000μF 耐压值2.5V的钽聚合物电容要3.5美元以上,折合20多元人民币,与普通钽二氧化锰电容可谓是天壤之别。其主要原因是聚合物的专利加上高容量钽粉的加工难度(被业界称为黑色艺术)。
当然付出是有回报的,钽聚合物电容除了安全耐压、容量大ESR低,更重要的是具有优异的滤波性能,所以才受到尖端科技领域的青睐。目前的主板、显卡PWM输出的开关信号普遍在100KHz左右,在此频率上容量100μF的钽聚合物电容可以保持99%的有效容量,就算遇上PWM开关频率达到500KHz的仍然可以保持接近70%的有效容量。而若换成钽二氧化锰电容就很惨了,与失效无异。因此当PWM频率达到1MHz时,前者便处于舍我其谁的境界,而这种高频开关系统在供电精准度、稳定性方面的优点正是尖端军事、航天电子设备所必须的。
正因为如此,钽聚合物电容成为板卡工程师的最爱,NVIDIA、ATi的旗舰显卡上都会不约而同地用到它。
合理应用军规才能造福百姓
● 军规电子设备对电感有何要求?
普通电感的结构很简单,用铜线缠绕在瓷芯上制成,利用电磁感应原理,将电能转化为磁能贮存,或将磁能再转化为电能放出,跟电容器一样,是一种储能元件。不过电感线圈的电气特性与电容器正好相反,它能滤除高频电信号,对低频信号则不敏感,简称“阻高频,通低频”。这样电容与电感搭配组成的LC滤波电路便能制造纯净稳定的电流,用在主板、显卡的供电系统中。
电感利用物理原理驱动,结构简单,本身寿命和耐久度不是问题,不过普通电感线圈有一个缺陷——高频啸叫。当接受供电的芯片负载增加,电流增高时,线圈和金属棒之间因磁力变化而产生高频振动,遂而转化为啸叫声。尽管这个啸叫声的分贝数并不高,但因其极高的频率会使人感到十分不适,在军事通讯中则有可能影响到情报、信息的监听。
而铁素体电感的设计与普通电感线圈结构完全不同,它是将铜线圈与中间金属芯埋在一种叫“肥铁粒”的物质里,又称为铁素体,是铁元素的一种显微组织。将纯铁从高温的沃斯田铁状态冷却到911℃时,就会转化为铁素体,它具有铁磁性,所以也是很多磁铁材料的来源。整个线圈埋在铁素体中,就像钢筋混凝土的关系一样,结合成一个整体,于是即便电流再强,也不易产生振动。一体成型的铁素体电感结构比普通电感更坚固,有利于制成各种形状的贴片式元件,适合应用在小体积高精密度的电子设备中。此外,完全封闭的特性还能屏蔽内部的电磁作用,避免干扰周边线路。
● 如何让军规造福百姓?
前面曾提到,用于军事活动的计算机主芯片不会使用太高频率,为了降低发热量、功耗会牺牲一部分性能。如果真的将板卡完全按照军规设计,会对百姓的日常使用造成不可忽视的损失,毕竟绝大多数用户将同型号产品之间的性能差异视作第一参考要素,谁也不希望自己购买的主板显卡低人一等。因此板卡厂商们所宣传的军规概念是指对部分电力支持类的设计和用料上采用军用标准,同时保持主芯片的性能不变,用这种折中的方案可让用户同时享受产品坚韧的耐力和完整的性能。
微星(MSI)最近推出了以军规用料为卖点的GT240显卡,不久我们将使用恒温恒湿箱,模拟机箱环境中可能出现的最高气温和大多数人类居住环境中可能出现的最高空气湿度湿度,对它进行长达3×24小时的满负载测试,以验证军规设计在可靠性方面的过人之处。
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