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.
La placa base de un PC es el componente que más elementes puede llegar a incluir porque aglutina toda la circuitería necesaria para que todos los componentes funcionen y trabajen de forma simultánea. La CPU, la tarjeta gráfica, la memoria, las unidades de almacenamiento, los puertos y conectores, las tarjetas de expansión, de red, etc., suponen una responsabilidad porque todos deben recibir la cantidad de corriente justa que les permite funcionar en el régimen diseñado por cada fabricante. Y una de las más importantes son las fases de alimentación que se encargan de suministrar energía al procesador, principalmente, que es el cerebro de todo el PC y el que gestiona y coordina que funcionen correctamente.
Debemos decir que en las placas base modernas hay varios de este tipo de fases de alimentación. Más allá de las destinadas al procesador, tenemos las destinadas a la memoria RAM, a los puertos SATA, a los puertos PCIe o los conectores M.2, entre otros. Nosotros vamos a enfocarnos en las fases VRM del procesador, que son las más importantes, sobre todo, si vamos a hacerle overclocking y queremos que la CPU rinda un poco por encima de lo que originalmente nos recomendó el fabricante.
¿Qué es un VRM y cómo funciona?
Es un componente crucial en cualquier placa base, pero, en muchas ocasiones, bastante subestimado. La principal misión es que componentes como el procesador o la tarjeta gráfica reciban un suministro de energía limpio. Además, se encargan de suministrar la tensión exacta y la corriente de energía requerida para que ofrezcan las mejores prestaciones.
Una deficiencia en las fases VRM (Voltage Regulator Module) puede generar bastantes problemas. El primero es una perdida de las capacidades del componente al que suministra energía. Además, puede llegar a generar otros problemas como la rotura de ese componente al que suministra energía si funciona de manera incorrecta.
Aunque no lo creas, este elemento no solo está presente en ordenadores de sobremesa y portátiles. Dispositivos como smartphone, tablets, SmartTV y cualquier otro dispositivo electrónico disponen de fases VRM. La misión en todos los casos es la misma, ofrecer una tensión y corriente de trabajo óptima y evitar picos de tensión y/o corriente que rompan los componentes.
Igual piensas que el mayor problema es entregar al procesador, por ejemplo, mayor tensión o corriente, dañando este componente. Aunque no lo creas, también es un problema, una falta de suministro de energía correcta. Suministrar menor tensión o corriente hace que el procesador (por ejemplo) no rinda según sus capacidades reales.
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. Hay ocasiones en las que este tipo de procesos ponen en riesgo el correcto rendimiento del componente, por lo que siempre que decidas hacer algo, recuerda que en caso de problemas, no tendrás garantía que te cubra los potenciales daños.
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. Tal y como podéis comprobar en los gráficos que os dejamos justo aquí debajo.
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 caras 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 OC 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 detallado a los usuarios, que deben recurrir a fuentes de terceros que han dado el paso de hacer pruebas sobre esos modelos concretos. Así que si te sientes desubicado, que no entiendes nada y que no lo vas a hacer porque es algo que te supera, te recomendamos ponerte en manos de un experto, de un profesional que pueda guiarte durante todo el proceso.
¿Qué fallos pueden presentar los VRM de una placa base?
Todos los componentes que encontramos en un ordenador pueden fallar en caso de que haya una mala configuración o utilicen materiales de baja calidad, en este caso los VRM no se salvan tampoco de esto. Como bien hemos comentado antes el hecho de que este componente falle puede deberse a varios problemas, entre ellos encontramos tanto la falta como el exceso de energía. Si el VRM se rompe y no puede suministrar la energía de forma correcta al procesador veremos que el sistema comienza a experimentar inestabilidades como errores o bloqueos, pero el mayor error estaría en los daños que puede causar tanto en la CPU como en otros componentes. Al no recibir la energía adecuada obviamente el rendimiento será mucho menor.
Por otra parte tenemos el caso de que los VRM entreguen demasiada energía al procesador, por lo general es la propia CPU la que gestiona mediante un microcódigo cuanto voltaje debe llegarle para evitar que sufra daños, esto lo configura el fabricante como es el caso de AMD e Intel. En el caso de Intel hubo una polémica con sus procesadores de las generaciones 13 y 14 debido a que el microcódigo que integraban solicitaba un voltaje superior al VRM de lo que deberían, causando inestabilidad y quemando tanto el procesador como la placa. Este es el mayor fallo que podemos encontrar si uno de estos componentes entrega más energía de la que debería.
El papel de los VRM puede ser esencial para un procesador, pero su fragilidad ante el calor suele ser el fallo más común. El mero hecho de transformar la energía de la fuente para la CPU supone que los componentes crean altas temperaturas. Si la placa base carece de una buena disipción de calor, los VRM pueden sufrir Thermal Throttling. Esto se traduce en que, para protegerse, se reduce enormemente la potencia enviada al procesador: caídas de rendimiento que pueden parecer inexplicables en mitad de una tarea o si lo sometemos a estrés.