从制造到创造！主板研发大师采访手记

     采访之前，我们做了大量的准备工作，始料不及的是，一件简单的主板产品，与MartinChang的谈话后，我们又有了更多更新的认识。工厂，座落于珠江口东南侧，地处广深经济走廊长安镇中心腹地，毗邻香港，交通非常之便利。早上7点30分，当人们还在为路上拥挤的交通所烦恼的时候，MartinChang已经开始了一天辛勤的工作。

人物：捷波，主板总研发工程师MartinChang

地点：东莞市长安镇街口村上近工业区上炜电子厂

     “为了产品开发，大家每天都加班加到晚上11点，第2天早上7：30又到公司继续调试。”

    在外人看来，工程师的一天是忙碌而且枯燥乏味的。常听主板业界的朋友说，做Layout时间久“好累啊，人都傻了”， “简直是变态”。有人说布线就像是走迷宫或者玩

     在MartinChang眼中看来，这是一项富有乐趣的事，从业20多年从未停止过思考“如果应付，Layout就像织布工是苦力，到最后会厌倦掉；如果投入，就像画家看成这是艺术，最后会回头看一下作品，成功的滋味是非常享受的”与MartinChang对话，一直洋溢着快乐的情感。

●八十年代的台湾：从游戏机到Apple II……

    “如果要问几几年开始做主板，应该算是到八几年后，当时台湾流行街头的游戏机，就是从哪些时候开始的，之后由于游戏机使得很多少年荒废学业，最后遭遇到台湾政府制止” 。

    1980年，台湾全面禁止电子游戏，令台湾电玩厂商连锁倒闭。此时Apple II正如日中天，许多厂商抓住这根救命稻草，一窝蜂地仿造苹果电脑。1981年，宏碁推出的第一个自创品牌——“小教授一号”学习机即是Apple II兼容机，宏碁的名气由此打响。之后不久，其竞争对手神通公司也推出了“小神通”学习机。当时电脑配置采用的是8086芯片、10M硬盘、512K内存。台湾最早的电脑游戏就是在这两台学习机上诞生的。

     当时磁盘驱动器还不普遍，学习机都是以录音磁带记录程序。游戏的磁带一盒50台币，玩游戏前，玩家必须先用录音机播放磁带，把磁带上的数据读入学习机，四分钟后才可以开始玩。如果有噪声干扰的话，往往会造成数据输入错误，这时就需要读取多次才能成功。

    “之后，在台湾大家一起去做PC，开始都去抄袭麦金塔电脑。”由于仿冒现象愈演愈烈，苹果公司开始在台湾地区采取法律手段，打击Apple II兼容产品。神通曾花了大气力去修改苹果的操作系统，但效果甚微，而且还会担起避免法律风险，“再之后集成度高了，大家无法再模范一些东西，之后转去做主板”。

    80年代的台湾，几乎没有半导体公司，但是20多年后，全世界20大半导体公司，有五、六个都在台湾。因为整个国际的制造业的转移、PC的转移，PC原来垂直的产业变成了一个横向的产业，很多公司都把制造业转移到台湾了，结果制造了很多机会。MartinChang在工作上的转变，就是一个明显的例子。

●关于捷波www.Jatway.com

    捷波在大陆的工厂，全名为东莞上炜电子厂TOPWAY TECHNOLOGY CO.,LTD，设立在东莞市长安镇新安管理区，于1999年成立，属台湾捷波资讯有限公司下属子公司，投资近亿港币，现拥有员工1800余人。

    捷波从1986年开始建立，以利润很高的单色显卡生意起家，后来对主板的需求也越来越多，于是便转向了主板的生产。CEO杨光强是个典型的工厂老板，说话直来直去不兜圈子。我们所听到的捷波工厂的一些信息，福利不错，公司保证每人每月薪资纯收入不低于900元，并且加班会有加班费，工作8小时。

    1999年，捷锐科技创建了捷波主板大陆总代销售，专门针对大陆DIY市场的需求进行量体裁衣。同年12月15日，依托捷波主板在地方自有品牌和系统集成领域的稳固基础，以捷波815EP“射日”主板为旗舰产品切入DIY市场，陆续推出了捷波“倚天”、“屠龙”、“惊云”、“传奇”、“追风”等一系列主板，并独创了“恢复精灵”、“超频精灵”、“分身精灵”、“冰芯精灵”、“傻瓜精灵”、 “魔冻精灵”、“电源净化器”、“五重电控”等一系列脍炙人口的特色精灵技术，从而在DIY市场树立了捷波主板富有文化内涵、专业个性化的品牌特性。

      2003年9月，捷波资讯斥资538万美元投资大陆的PCB厂，换取其30％股权，以进一步加强上游供应链的集成，届此捷波在华南地区已掌握从PCB、SMT到组装测试、由上而下统一完整的生产制造体系，通过策略性投资以取得原料供应稳定保障，而主板厂家为加强成本控制、物料供应稳定，分赴华南地区投资上游供应商亦逐渐成为趋势。

●赶上时髦：工程师也有自己的“博客”

    博客，是时下互联网中一个时髦的字眼，之前我们实在难以想象它能与工程师这样的职业挂上钩。研发总监MartinChang也开起了自己工作室的博客。“博客”还有另外的一种解释：拼搏奋斗中的一群人。

    “当初提出要开悍马工作室blog的时候，我感觉这是个非常好的交流方式。在blog里面玩家能够直接把对产品的意见和各种建议告诉我们的RD，以前是根本做不到如此层面的交流的。”在我们印象中，工程师这个职业一直是高不可测的，不善于沟通更是我们之前所下的定论，而在MartinChang身上，却丝毫无法察觉。

     2006年中的时候，捷波决定开发针对超频玩家的悍马系列主板，总工程师MartinChang毅然担当起这个重担。开博客，也是为了与用户能有更直接的沟通。“在主板研发这行工作了20多年，很多时间都是在为市场最大份额的产品做设计开发，往往就失去了做一些能融入自己见解和想法产品的机会。有机会的话 ，确实也非常想把自己的一点心得和特殊想法从自己的设计中表达出来，做出非常实用有个性甚至有灵性的产品”。

     博客中有这样一段话，让人记忆深刻“悍马是研发多年的小结，主板的一次设计定位，是对未来玩家需求的一种探索，是个永远的半成品。只要玩家们有需要，悍马就有不断改进的动力!”。从这里，我们体会到的是，捷波是一个开放性的品牌，按客户需求去服务，这是接触捷波人后所得到的一点深刻的感受。

    现在，隔个四五天，MartinChang团队的“博客”们忘不了更新，之后更多新的元素不断的融入到产品中。

●从出厂到打样，步步为营

     一块主板从电子线路设计到Layout的PCB设计，再到样品的设计，那么再之后呢？我们走入MartinChang的工作间，一步一步的体验到，主板从无到有的过程。工作中，一般是MartinChang自己先作图，然后再给助理工程师Layout，打样后进行调试。 

    一片样品板刚从机器上打样回来最要紧的是先点亮。不是每一次新设计出然后打样出来就一定能点亮工作的哦。如果无法点亮就需要查线路了。
不过这次的HI01顺利点亮。现在就要进入验证阶段了。以下是验证部的工作平台。

     每一步精推细凿，任何一个环节出了一点问题，都不是一块好产品。因此，一切成绩都是大家共同努力的结果。

    各部分的供电检测正常好，开始检测BIOS的功能了。

●聚焦：你被“供电”弄昏了头！

    相数越高能稳定提供的电流也越高。

    主板的一相输出，即为一套供电系统，包括四个部件组成，电容、MOS管、扼流线圈和PWM里的部分引脚。这样的供电系统，我们通常把他称为，SWITCH（开关）电路供电方式，也可以称为单项交换式降压电路。一相供电，在很老的主板上出现过，例如微星BX Master主板电源部分。

    若不考虑成本，当从输出波形的角度来说，项数越多，电压波动幅度越小，越接近恒定值；而且每项回路所分担的电流也较少，可以有效降低元件的发热，增强供电模块自身的稳定性以及CPU的稳定性。所以说只要克服多项供电设计方面的难度，采用封闭式电感以及固体电容等方案以降低相互之间的干扰，那么在不考虑成本的情况下，例如八相供电这样的设计，优势是不言而喻的。

◎几相供电才合适？

     N相电路的并联，可以为CPU提供N倍的电流。那么到底这个N等于几才够用？

    我们以目前最受欢迎的E6300处理器为例，它的待机功耗为65W，CPU满载时为76W，3D游戏满载时为100～110W，默认电压1.30V，那么根据公式P=UI可计算出，理论上，CPU待机时要求主板提供48A的持续稳定电流保证工作，而满负载的时候则需要85A的电流，按照一相供电能够提供25A计算，那么2相供电是非常危险的，3相供电基本满足需求。

◎电能与热能的转换

     上面的公式，只是理论上的。

     实际上，供电中还有期间的电流波动以及功率损耗，开关元件性能，导体的电阻，都是影响要素。实际应用中存在供电部分的效率问题，电能不会100%转换，一般情况下消耗的电能都转化为热量散发出来，所以对最终供电输出要求还更高一些。任何稳压电源总是电器中最热的部分。

     要注意的是，温度越高代表其效率越低。这样一来，如果电路的转换效率不是很高，那么采用两相供电的电路就可能无法满足CPU的需要，所以又出现了三相甚至更多相供电电路。注意，我们提到的多相并联，其实内部不是同步工作的，工程师在努力控制波形然后产生进行相位偏移动作，让两组电路交互动作，好处是，各相累加后总交换频率也可以提高。

    在P965这样的主板上，提供3相供电以上是最基本的条件。捷波HA01主板提供的5相供电，提供125A的电流，无论是日常应用还是超频，足以应付。

    多相式VRM具有以下的优点：

1、因为输出电流分配至各相位，所以每对HS/LS MOSFET所承载的电流会比较小。

2、因为MOSFET电流降低，导通时散发的热量变少，且散布到各相区域，所以热密度较小，散热问题比较简单。

3、流过每相电感的电流变少，所以可选择饱和电流以及有效电流较低的产品，降低成本。

4、总涟波电流因为相数增加的关系，每个相位的涟波电流较低，输出电容的数目得以减少。

5、因为总输出频率 = 单一相位交换频率 * 相位数，较高的输出频率使得瞬时响应也获得了改善。

6、因为各相电流减小，每相MOSFET数目减少，可简化MOSFET驱动器驱动能力的问题。

◎疑点：12相供电，也可能仅有6相

    一般情况下，大家看到8个电感就说8相供电，其实还有一种则为采用一颗4相控制器，采用A/B切换式运作，以四个一组方式来交替运转。就八相供电而言，使用多相控制器(如IR X-PHASE架构)直接控制，或是使用两个四相控制器连结，采一主一副方式来达成，是比较常见的架构。也有可能采用4组3相供电或者是2组6相的供电方式，切换的方式组成，但这样很可能让用户认为这是12相供电电路。

    实际上，大家可以通过查看主板上有几颗PWM芯片，然后减掉显卡的一相以及内存的2相，就可以推断出，主板真实上有几相供电。

●供电四大元素：PWM芯片、MOS管、电感、电容

    当你在BIOS中设定完电压以后，供电部分是如何“加工”完后输送到CPU的呢？

    主板BIOS设定好CPU电压之后，主板会根据电压识别信号（VID Code），而后按照一定的关系产生新的VID信号并送到PWM芯片上，此时PWM芯片相当于协调作用，通过DAC电压将其转换为基准电压，再经过MOS管，即场效应管轮流导通和关闭充电，将能量通过电感线圈后送到CPU，最后再经过调节电路使得输出电压与设定电压值相当。这样便完成了一个输送电的过程。

    这一套PWM方法，是通过开关和反馈控制环，滤波电路将输入电压调制为所设定之电压输出的。

    注：VID（Voltage Identification Definition，电压识别认证）

◎元素一：PWM芯片，控制开关管的导通时间完成稳压功能

     电脑主板CPU供电是靠DC-DC变换电路产生的，这个变换电路的核心就是一个PWM（Pulse Width Modulation）控制芯片，PWM是脉冲宽度调制的英文缩写，使用脉冲宽度来控制开关管的导通时间完成稳压功能。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。

     可以回到上一页中提到的供电问题，一个主板上可能总共有6、7相SWITCH（开关）电路供电，其中可能一相是内存的，一相是显卡的，剩下几相就是给CPU的。如果你使用的主板的PWM芯片规格总共6相，但光是CPU供电看上去就8相了，那就很有可能用了扼流线圈并联的方式，人为制造了8相供电的外观。

     例如大家熟悉的ISL6566 PWM控制芯片，平常我们称它为相位电压调整控制芯片，全球著名IC品牌INTERSIL（英特锡尔）公司的产品。这款芯片是专门针对三项供电电路而设计的PWM芯片，它将三相供电电路驱动模块集成到一颗控制芯片上，彻底避免三相供电电路中由于单颗PWM芯片偏弱而导致的系统整体供电电路效率低下的情况出现。ISL6566数字供电芯片能够为处理器提供非常精准的数字化电压，而且波动相当微小，能够避免电压大幅度波动对处理器晶体管带来的致命伤害。

    好的PWM芯片能做到什么呢？

    PWM电源控制器来驱动Mosfet给CPU供电的时候，它能提供更好的瞬态响应和效率，可在例如CPU这样的设备进入挂起或休眠模式时改变输出电压，达到降低功耗和增强性能目的。另外，INTERSIL的方案，超频性能好，电源微调能力强，如果电源输出基本是固定的，电源微调能力差，不能满足玩家超频的需要。目前性能优秀的PWM芯片主要有Winbond、Richtek和Intersil的产品。

     悍马主板，为何没有使用数据供电模块？“数字供电模块效果怎么样还需要时间去验证，有时候新技术是好，但在初期实用过程中也难免有问题出现，我们暂时还会用比较有把握，驾轻就熟的SWITCH供电方式，何况数字供电模块目前只有美国一家厂供货，对工厂大量生产有供货隐患。”

◎元素二：Mosfet（场效应管）

      MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。它的优点在于，导通时的电阻很小；工作频率高（因为电路在脉冲工作状态时，要求器件能够快速的在导通与截止之间交替变换）；栅极等效容小等，另外开关MOSFET由于是工作于开关状态，因此对线性没有要求。

    由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。 衡量Mosfet有一个关键值就是RDS值，这是MOSFET在导通状态下的内阻值，这个值当然是越低越好。

     影响供电效率的因素之一，便有开关管的原因。我们常常看到很多主板上面的供电电路部分MOS管上安装了散热片，就是为了降低发热量，提升转换效率的问题。转换效率依然无法改变，因而很可能引起CPU供电不足，因为电能都消耗在发热上了，这时候就会出现两相电源无法满足需要的情况。

     考量主板MOS管好坏，最直接的办法就是它的发热量，如果在通电情况下，MOS管上烫得无法让手指接触，说明MOS管用得不好；如果能让手指在其上停留10秒左右，说明MOS管的发热量处于正常水平，而如果只感觉到微热的话，那么该款主板的Mosfet就可以说是十分优秀了。目前在MOSFET的生产领域有很多公司，其中以Infineon，IR，飞利浦在技术上最为领先，性能最为优秀，还有Alpha、ST、On以及台湾的富鼎都是目前主板常用的品牌。 

◎元素三：电感，

    电感，导线截面积越大，电阻越小。其横截面积可以使它在通过较大电流的时候不会过热。提供更大的横截面积，这样，电流在通过电感时的损耗可以降低到最小。其他厂商在此处大多使用单根材料绕制，那样会产生更多电力损耗，引起电感发热。

    如果电流通过横截面较小的铜箔则容易引起损耗从而产生高热。为了解决这一困扰，工程师在多层PCB板电源供给部分的每一层都采用了整块铜箔的设计，至少4层铜箔组成了导体，可以提供足够的横截面积供电流通过。

◎元素四：电容

    经过完开关电源的方式后，电源输出的杂波频率都在几十KHz至几百KHz，此时电容的作用出现了。电容，可以起到消除电路中的杂波的作用，将纯净的电流给CPU和内存等配件，从而为CPU提供相对稳定的电流供应，电容滤波效果不佳，就容易导致CPU供电不稳定。多个小电容的并联有利于减少电容内部的交流阻抗，能提供更好的高频滤波功能。

      机箱电源出来的电流，如果用示波仪器观察会发现有很多的尖峰和杂波，这些尖峰和杂波都是主板稳定工作的大敌，因此主板必须对电源进行过滤和净化才能使用。在供电电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

    针对不同的杂波用不同的元件来进行过滤和净化。主要的元件有扼流线圈和电容。原始电流首先流经扼流线圈(俗称线圈)，因为线圈有一个蓄能的特性，它可以初步过滤掉一些高频杂波，然后进入电容组进一步过滤、净化、拉平(把峰形波拉成方波)。

    很多人觉得材料越高级越好，容量越大越好，导致很多厂商为了迎合这种心意，在元件用料上面大做文章，其实他们走入了一个误区，对电容的使用应该是够用就好。实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。

    简单理解：处理器（CPU）的耗电量是瞬息万变、极不稳定的，一会儿突然增大，一会儿又突然减小，如果把处理器的耗电量比作河水的话，那么这河水一会儿是涓涓细流、一会儿又变成滔滔洪水，而电容所起的作用就是像水库一样，通过不断的蓄水放水来达到保证平衡的目的。

●主板开发中的可控与不可控

◎为何超频之后，有些上到500外频？有些不能

     从目前捷波悍马HI01主板的设计来看，其实更重要的是内存部分的问题，过去的内存部分在BIOS中已经整合在中，之间的讯号传递可能遭遇到讯号质量不良，讯号的有效(Valid)时段不匹配，导致在下指令或传递数据时出现错误，这便会出现错误讯息或是开不了机。

    965和975的超频能力是接近的，但是同频率下975的效能比起965略佳。
我们的经验是965的超频幅度平均来说较975高。粗略的分析是965的Silicon process较先进（90nm），所以较能够承受高频工作。但是由于架构的关系，其实际性能得分不一定胜过较低频率的975。如果你只想享受超高的FSB超频数字，可以找价格较便宜的965，不过请记得还要有颗体质好的CPU才行。

    目前，捷波悍马HI01（P965）也受到了内存方面的阻碍，调整内存模块包括BIOS的设计，尤为关键。Martin决定对内存供电系统进行一个大的改进 ，包括用料的改变。目前HI01在小容量电容上会大量采用贴片元件，PCB还会改第3版。 

    能否成功超频，和CPU、RAM、散热效果等等都有关系。E6300 的超频性应该不会只有 270 MHz，建议试着将内存的频率调低，来增加CPU频率往上的空间。或是更换较好的散热装置，对超频也有帮助。此外，可以试着一点一点增加内存的电压，通常对超频会有显著的提升。

◎多少层PCB板才算好，质疑4层PCB板

       主板还是靠最终的效果来决定品质，而不是用料，用同样的材料，艺术家做出来的是艺术品，普通人去做就出的次品。当初我们规划HA01的时候不是没考虑过6层，但Martin认为他完全能用现在的4层PCB做到和6层一样的超频稳定效果。目前主板用4层PCB是绰绰有余的，用了6层反而给用户增加不必要的成本负担   因为光是6层PCB的价格就是4层的两倍了。

     悍马的用意不是去做最豪华奢侈用料的主板，而是尽量在对玩家能感受得到实际效果的地方花大成本。比如我们做的5相供电，其他很多以超频为卖点的主板也才3相而已。

    还有如何把4层PCB的板子做得像6层一样。公差问题，PCB板厚度有正负公差的区分，通常情况下用的是负公差也就是1.5-1.6mm之间，而正公差是1.6-1.7mm之间。正公差的PCB就被很多人识别为6层PCB了，其实质量上完全一样，而且都是标准的4层PCB。真正6层的PCB也能做成1.5-1.6厚度的。

    PCB Layer较多，最大的好处是GND层面积增加，不管是对讯号质量或电源质量都有一点帮助，就理论上来说对超频一定有帮助，实际上呈现出来的结果。

注解：什么叫PCB

    PCB（Printed Circuit Board）指的是印刷电路板。对于主板来说，Layout特指PCB布线。PCB在日常用法下又有二个特殊的地方：

 1、指一个成品的印刷电路板，引伸成某一层的印刷电路板如PC的主板是多层PCB，或就用PCB来说明是一个物理板（电路板实物）；

 2、在一些软件上如PROTEL中，PCB多指是一个过程，由编辑电路（SCH）生成印刷电路板的过程，叫PCB。

◎主板是什么样一个团队设计出来的？

    一般来说，新开发的主板需要动用较多的人力，而延续性的主板动用的人力较少。一个新开发的主板大约需动用数十位相关人员，包括硬件研发人员、软件研发人员、兼容性质量测试人员、可靠度质量测试人员、电气质量测试人员、生产工程人员、产品经理以及营销人员等等。大多数主机板的芯片都由供货商研发设计，不过我们一些新的构想或创意，会找合作的供货商一起来开发新的芯片。

◎元件有空位，就一定缩水？

    最后还有一点，很多人看到有些厂商在主板上电源电路标出的电容部分并没有安装电容，会认为是偷工减料，其实这可不一定是完全正确的想法。芯片组厂商在提供推荐电路的时候确实在相应位置设计了电容，但是以华硕而言，研发工程师可以选择最佳的元件，并依据多年研发经验来改善电路设计，以达到最佳性能。

    另外，有人对工程样板的省料产生了怀疑，原因在于，测试样品中的电容等元件不如正式零售版规格档次高。因为测试样品是在非常规环境下测试的，通常比家用或商用环境严峻的多。使用低规格的元件都可以通过的话，更换更高规格元件后显然会使产品更稳定工作，这就是大厂的产品返修率低的原因。还有就是万一某个测试区域通不过考验的话其浪费的元件成本也相对较低。

◎Martin开发悍马HI01（P965）主板进展

     PCB线路有改动，主要是把一些小容量插件电解液电容改成陶瓷贴片电容了。所以最后还需要Martin仔细检查一遍，然后就能直接下第一批PCB了下了PCB基本在20天后就能出厂了。12月5日，台湾验证室超频调试的BIOS已经能稳破400外频了，正在研究破500的设置。

 

    由于台湾正式版本的BIOS还未完成，今天动用了最原始功能的BIOS 连倍频调节都没有的原始BOS进行超频，内存最高只有2.15V的选项，还没有小参数设置，用E6300的CPU超到380，悍马HI01最新版本的是2.8V。

    悍马的BIOS分为出厂品用的BIOS版本和放在网站上给爱好者和玩家体验的版本，也可以说是玩家版。05E就属于工厂版，那是不会有开机显示内存实际频率的，至于玩家版功能就放开得多了，而且玩家版还分不同CPU的ST和SJ，往后推版本的话，一般会出工厂版本和玩家两个版本。

    请大家注意辨别，显示内存实际频率的功能对于有一定产品理论基础的玩家是很方便的，但遇到普通用户，可能会造成无法理解的问题。比如明明是DDR2 800的内存，开机显示只有360（720），因为他们不会知道当CPU倍频为9的时候DDR2 800，AM2的内存控制器自动就降到720了，8倍频的话还要低。一旦出现此类情况，通常情况下是无法对他们解释清楚的。即使解释了用户还可能半信半疑的，心理就不舒服，还不如不显示呢。

    工厂接到新的下单。正在开做一批HA01 GT版的悍马，和现在的标版比，仅去掉1394功能。打算杀到700以内零售，悍马HI01要明年1月10号才上市，HI01现在工程样板配的一个很简陋功能的BIOS（连倍频都不能调），E6300已经能稳定在380外频了。