Entendendo o “Ultra Durable 3” das placas da Gigabyte

O “Ultra Durable 3” é a designação de marketing da Gigabyte para as placas-mãe que utilizam capacitores de estado sólido e MOSFETs de baixo RDS com bobinas de ferrite nos reguladores de tensão e o uso de um PCB com 2 oz de cobre, o que também ajuda a reduzir o consumo.

Como a combinação destas tecnologias é justamente o principal enfoque em torno de todo o marketing feito em torno das placas, é interessante entender o que estes recursos realmente significam. Vamos então às explicações:

Os capacitores de estado sólido são um grande avanço em relação aos capacitores eletrolíticos que eram usados a até pouco tempo. Hoje em dia, o uso de capacitores de estado sólido não é mais um grande diferencial, já que eles estão sendo usados por todos os principais fabricantes, mas isso não faz com que eles sejam menos importantes.

Os capacitores permitem armazenar pequenas quantidades de energia, absorvendo variações na corrente e entregando um fluxo estável para os componentes ligados a ele. Tanto o processador principal quanto a GPU da placa de vídeo e controladores responsáveis por barramentos diversos (PCI Express, AGP, PCI, etc.) são especialmente suscetíveis a variações de tensão, que podem causar travamentos e até mesmo danos. Basicamente, é graças aos capacitores que um PC pode funcionar de forma estável.

Internamente, um capacitor eletrolítico é composto por duas folhas de alumínio, separadas por uma camada de óxido de alumínio, enroladas e embebidas em um eletrólito líquido (composto predominantemente de ácido bórico, ou borato de sódio). O grande problema é que o eletrólito acaba evaporando em pequenas quantidades durante o uso.

Como o capacitor é hermeticamente selado, isto com o tempo gera uma pressão interna que faz com que ele fique estufado. Esse é o sinal visível de que o capacitor está no final de sua vida útil. Em alguns casos, o eletrólito pode vazar, corroendo as trilhas e outros componentes próximos e assim causando uma falha prematura do equipamento. O uso de capacitores eletrolíticos de baixa qualidade era o grande motivo de muitas placas antigas se tornarem instáveis ou simplesmente deixarem de funcionar depois de pouco mais de um ano de uso.

Nos capacitores de estado sólido, a folha de alumínio banhada no líquido eletrolítico é substituída por uma folha de material plástico (um polímero) contendo um eletrolítico sólido de alumínio. Por não conterem nenhum tipo de líquido corrosivo, estes capacitores não são susceptíveis aos problemas de durabilidade que caracterizam os capacitores eletrolíticos. Os capacitores de estado sólido podem ser diferenciados dos eletrolíticos facilmente, pois são mais compactos e possuem um encapsulamento inteiriço:

Em seguida temos o uso de MOSFETs de baixo RDS no terminal positivo, o que corresponde ao “low RDS(on)” das especificações. Este tipo de MOSFET é mais caro que os tradicionais, mas oferece a vantagem de oferecer uma resistência mais baixa à passagem da corrente, o que reduz a perda (e o aquecimento, já que a energia desperdiçada é convertida em calor) no regulador de tensão, reduzindo sutilmente o consumo elétrico da placa. Eles são complementados pelo uso de bobinas de ferrite (os componentes quadrados com um “R50” decalcado) que também oferecem ganhos de eficiência em relação às bobinas de ferro usadas em placas antigas.

O quarto diferencial (este por enquanto exclusivo da Gigabyte) é o aumento na espessura das camadas de sobre do PCB, onde são impressas as trilhas. Tradicionalmente, os fabricantes utilizam uma onça (28.35 gramas) de cobre por square foot (pé quadrado, que corresponde a 0.093 m²) de PCB, o que corresponde a pouco mais de 20 gramas de cobre por placa.

Essa medida corresponde à espessura padrão das placas de circuito, que não mudou muito desde os primeiros PCs. A Gigabyte conseguiu dobrar a espessura das camadas, o que deu origem ao “2oz Copper PCB”.

O volume adicional de material não chega a representar uma diferença muito grande no peso nem na espessura da placa (já que a maior parte do volume corresponde às camadas de fibra e resina e não às trilhas propriamente ditas), mas o uso de mais cobre reduz a impedância (ou seja, a resistência à passagem da corrente elétrica), o que faz com que a placa desperdice menos energia na forma de calor. As camadas mais espessas também ajudam ao conduzir melhor o calor entre os diferentes componentes, ajudando também na dissipação térmica.

Existem também ganhos do ponto de vista da durabilidade, já que as trilhas se tornam mais resistentes e a melhor condução de calor evita que ele se concentre em pontos específicos da placa.

É bem raro que placas-mãe apresentem defeitos relacionados ao PCB (geralmente os problemas ocorrem nos capacitores, bobinas, MOSFETs ou em componentes do chipset) por isso o potencial aumento na vida útil não é um fator muito significativo. A redução no consumo é também muito pequena (inferior a 1%) mas esse é mais um dos casos em que a pequena redução no consumo acaba pagando o pequeno aumento no custo da placa ao longo do tempo.

Concluindo, temos o “Dynamic Energy Saver”, que permite à placa desligar fases do regulador de tensão em momentos de inatividade, reduzindo o consumo. Essa foi a solução encontrada para a velha polêmica relacionada ao uso de mais ou menos estágios no regulador de tensão.

Em resumo, uma fonte ATX fornece tensões de 12V, 5V e 3.3V, sendo que a maioria dos componentes num PC atual utilizam tensões mais baixas, como os 1.5 ou 0.8V das placas AGP, 1.8V dos pentes de memória DDR2 e assim por diante. Os reguladores são os responsáveis por reduzir e estabilizar as tensões fornecidas pela fonte aos níveis corretos para os diversos componentes.

Parte da energia é transformada em calor, de forma que os reguladores estão entre os componentes que mais esquentam numa placa atual. Em muitas placas, eles recebem dissipadores de alumínio e, em alguns casos, até mesmo coolers ativos. O volume e a capacidade dos reguladores de tensão são um quesito importante nas placas “premium”, destinadas a suportarem grandes overclocks.

Os reguladores de tensão são formados por um conjunto de MOSFETs, alguns capacitores, uma bobina e um controlador. Placas antigas utilizavam um único regulador de tensão, mas conforme os processadores foram evoluindo e passando a consumir cada vez mais energia, as placas passaram a utilizar reguladores divididos em “fases”, onde temos vários reguladores de tensão trabalhando em paralelo, formando um sistema capaz de fornecer uma quantidade de energia muito maior e um fluxo mais estável.

Tecnicamente, um regulador de tensão com mais fases é superior, já que o trabalho é dividido entre mais componentes. Isso permite que o regulador desperdice menos energia na forma de calor, ao mesmo tempo em que oferece um fluxo de energia mais estável para o processador.

Placas atuais utilizam reguladores de tensão com 3, 4, 6 ou 8 fases. É fácil descobrir o número de fases do regulador da placa-mãe, pois cada fase é composta por um conjunto idêntico de componentes, que são instalados em série próximo ao encaixe do processador.

No caso da EP45-UD3L, por exemplo, é usado um regulador de tensão de 4 fases. Note a presença de 4 bobinas de ferrite, cercadas por MOSFETs e capacitores em torno soquete do processador:

Em teoria, uma placa com um regulador de 4 fases pode fornecer 33% mais energia para o processador do que um com 3 fases, e um de 8 fases pode fornecer o dobro que um de 4 fases. Naturalmente, o resultado final depende da qualidade e das especificações dos componentes usados, mas a regra geral é que quanto mais fases, maior é a capacidade de fornecimento da placa.

A principal vantagem de usar uma placa com um regulador de tensão de 6 ou 8 fases, ao invés de uma com um regulador de 3 ou 4 fases, é a garantia de que a placa será capaz de manter um fornecimento estável em situações de stress, como ao fazer um overclock agressivo.

O maior problema é que um número maior de fases faz com que a placa desperdice mais energia nos momentos de baixa atividade. A diferença entre usar uma placa com um regulador de tensão de 8 fases e outra similar, com um regulador de tensão de 4 fases pode chegar a mais de 6 watts enquanto o processador está ocioso.

Como pode ver, o uso de um regulador de tensão de 6 ou 8 fases oferece uma pequena desvantagem com relação a placas mais baratas, com reguladores de 3 ou 4 estágios, que é um pequeno aumento no consumo elétrico e, consequentemente, no aquecimento.

Para resolver o impasse problema, a Gigabyte desenvolveu um sistema de desativação seletiva das fases do regulador de tensão, que permitem que a placa reduza o número de fases ativas de acordo com a demanda, buscando manter sempre o nível com melhor eficiência. Daí vem o “Dynamic 4-Gear power phase switching”, que é o nome mercadológico para a tecnologia.

Como pode imaginar, o “4-Gear” é uma alusão aos 4 estágios em que a placa pode operar, com 4, 3, 2 ou apenas 1 estágio do regulador de tensão ativos (o último nível é possível apenas ao usar um processador de 0.045 micron). Isso acaba juntando o melhor dos dois mundos, já que permite ter 4 estágios nos momentos de atividade intensiva e apenas dois ou um nos momentos em que o PC está ocioso e o processador entra em modo de baixo consumo.

Em placas como a EP45-UD3L, que usa um regulador de tensão de 4 fases (que já é relativamente econômico em seu estado original), a diferença no consumo não é muito grande (de 2 a 3 watts na maioria das situações), mas a economia acumulada acaba sendo significativa, mais do que suficiente para compensar o pequeno aumento no custo da placa.

A redução é mais significativa nas placas com reguladores de 6 estágios, que também podem ser gerenciados de forma independente, com 5, 4, 3, 2 ,ou 1 estágios ativos. Nelas, o sistema é chamado de “6-Gear”

O maior problema com o sistema é que os recursos avançados são controlados através do “Dynamic Energy Saver”, um software de controle disponível apenas para Windows. Isso faz com que as melhorias tenham pouca utilidade no Linux, pelo menos até que alguém consiga integrar as funções ao powernowd ou outro daemon.