loopy83
Moderator, HWLUXX OC-Team, TeamMUTTI
1. Ziel#
2. Grundlagen#
Moderne Grafikkarten und Mainboards, gerade im HighEnd Bereich, haben eine sehr durchdachte und komplizierte Spannungsversorgung für GPU/CPU. Sie basiert in der heutigen Zeit ausschließlich auf Schaltreglern, die nach dem PWM Prinzip (Pulsweitenmodulation) arbeiten. Durch mehrere Stromversorgungsphasen (parallele Stränge) können Ströme von über 500A zur Verfügung gestellt werden.
Prinzipiell funktioniert ein Schaltregler wie folgt:
Der Schaltregler stellt das Gehirn des Regelkreises dar. Er stellt je nach Last/Strombedarf die PWM Ausgänge so ein, dass eine möglichst konstante Ausgangsspannung anliegt. Mit dem PWM Signal wird eine Treiberstufe (MOSFETs, "Spawas") angesteuert, die die 12V Eingangsspannung zerhackt. Durch ständiges AN- und AUS-Schalten wird im Effektivwert die Corespannung erreicht. Dieses digitale 12V Signal trifft dann auf eine Spule, die den Spannungsverlauf durch ihre elektrischen Eigenschaften eines Energiespeichers glättet. Durch Kondensatoren wird die Restwelligkeit der Spannung reduziert und die Reaktionszeit auf Lastsprünge wird verbessert. Das Prinzip basiert also zum Hauptteil auf den beiden Energiespeichern Spule und Kondensator. Durch den Feedbackzweig wird die Ausgangsspannung gemessen und ggf. nachgeregelt. An diesem Punkt setzen auch die typischen VMods an, die dem Regler eine niedrigere Spannung vorgaukeln, so dass dieser die Spannung höher eingestellt. Aber dazu später mehr.
Das folgende Bild zeigt die Funktionsweise.
Auf dem Oszi betrachtet sieht das PWM Signal dann so aus. Zu sehen ist das Signal vom N-Channel MOSFET Gate im Idle Zustand. Es wird immer nur kurz angeschaltet (0V) und dann wieder ausgeschaltet (12V). Würde eine größere Last anliegen, verschiebt sich der duty-cycle und die Zeit, wo angeschaltet wird, vergrößert sich. Genauso sieht die Spannung vor der Spule aus. Dahinter ist eine nahezu ideale Gleichspannung zu sehen. Das Oszibild dazu schenke ich mir, denn da ist nicht mehr zu sehen als ein waagerechter Strich.
Dabei sind die Bestandteile der Power-Section in diesen Bereichen zu finden:
3. Equipment#
4. Vorbereitungen#
Als Vorbereitung bauen wir zwei Schaltungen mit dem LM317 auf, die uns einmal 3,3V und einmal 5V liefert und testen die Karte auf Funktion.
Am besten zu testen geht die Karte mit einem PC. Auch wenn kein Bild mehr kommt, kann die Spannungsversorgung dennoch intakt sein. Baut die Karte wie gewohnt ein und startet den Rechner. Nun messt an einem der folgenden roten Punkte (Kondensatoren, Ausgang der Spulen), ob die CoreSpannung im Bereich von 0,9-1,3V ankommt. Ist das der Fall und die Karte ist dennoch defekt, ist es das ideale Objekt für den Zombie.
Folgende Bauteile werden anschließend für die beiden Schaltungen benötigt:
- 2x LM317 - TO220
- 2x Leuchtdioden
- 2x 1uF Tantal
- 2x 10uF Tantal
- 3x 200 Ohm
- 1x 100 Ohm
- 1x 330 Ohm
- 1x 600 Ohm
- 2x kleines Stück Lochrasterplatine
- etwas Schaltdraht
- optional zwei TO220 Kühlkörper
Folgender Schaltplan wird realisiert:
Die Schaltung wird auf den Lochrasterplatinen aufgebaut und getestet.
Am Aus- und Eingang jeder Platine wird ein kurzes Kabel angebracht. Die Eingänge können parallel geschaltet werden.
Die Kühlkörper sind wirklich nur optional und werden eigentlich nicht gebraucht. Ich hatte sie noch rumkullern, also sind sie mit verbaut worden.
Das ganze kann dann in etwa so aussehen.
Die Leuchtdioden kann man natürlich auch weglassen. Sie zeigen nur an, dass die Spannung auch da ist.
Als letzten Schritt in der Vorbereitung bauen wir uns einen Adapter für die PCIe Stecker, dass wir die Karte testweise am Labornetzteil betreiben können.
Dazu brauchen wir zwei Laborkabel (1x rot, 1x schwarz) mit Bananenstecker und zwei PCIe 8-fach Stecker. Die Belegung eines PCIe Steckers zeigt das nächste Bild.
Wir verbinden die 12V Pins mit dem roten Kabel und die COM Pins mit dem Schwarzen. So können wir nun die Grafikkarte mit dem Labornetzteil kontaktieren und haben zum Testen eine Strombegrenzung, die man mit einem normalen ATX Netzteil nicht hätte.
5. Aufbau#
Kommen wir zum größten Teil dieses Threads, dem Aufbau des Zombies.
Wie den Grundlagen zu entnehmen ist, brauch der Schaltregler diverse Spannungen, um funktionieren zu können. Dazu gehören vor allem die 12V, die das Netzteil an den PCIe Steckern zur Verfügung stellt. Aus ihnen bezieht die Grafikkarte ihren Saft für den Core. Über diese PCIe Stecker wird die Stromversorgung des Zombies ebenfalls gespeist, sie bleiben also erhalten.
Zusätzlich zu den PCIe Steckern gibt es noch den PCIe Slot, über den ebenfalls 12V und 3,3V übertragen werden. Diese Spannungen werden oft für den VRAM (12V) und als Logikspannung genommen. Da wir später nicht die gesamte Karte verwenden wollen, da es viel zu unhandlich wäre, müssen wir den PCIe Slot ersetzen. Dazu dienen die Linearregler, die wir in den Vorbereitungen aufgebaut haben.
Core ablöten und PCIe Slot verdrahten#
Doch bevor wir anfangen muss der Core herunter, sonst zieht die Karte zu viel Strom, so dass unser Labornetzteil mit Strombegrenzung nicht mehr ausreicht. Dazu verwenden wir den Heißluftfön. Der Core wird von oben senkrecht solange erwärmt, bis er sich mit einem Cuttermesser abheben lässt.
Anschließen werden die Lötpads gesäubert. Kein Pad darf mit dem anderen Kontakt haben. Sonst sind spätere Kurzschlüsse die Folge und man wundert sich, wieso keine Ausgangsspannung anliegt.
Anschließend kümmern wir uns um den PCIe Slot und dessen Belegung. Interessant ist der vordere Bereich des PCIe Slot, weil dort die beiden Spannungen 12V und 3,3V auf die Karte gelangen. Diese wollen wir ersetzen.
Das folgende Bild zeigt die Belegung des PCIe Slot. Die linke Seite stellt die Core-Seite dar, die rechte Seite die Rückseite der Karte.
Wir verlöten nun die 12V vom PCIe Stecker an den PCIe Slot (die drei vordersten Pads der Core-Seite). Damit sind die 12V am PCIe Slot angeschlossen und müssen nicht mehr vom Mainboard geliefert werden.
Als nächstes nehmen wir die Linearreglerschaltung für 3,3V und versorgen diese mit 12V Eingangsspannung ebenfalls vom PCIe Stecker und löten den Ausgang der Schaltung an den PCIe Slot an, die beiden vorletzten Pads vor der ersten Kerbe auf der Rückseite.
Nun ist die Karte Einsatzbereit und die 12V am Labornetzteil können angeschaltet werden. Die Strombegrenzung sollte man auf ca. 3A einstellen, da außer dem Core noch der VRAM und die anderen Schaltregler versorgt werden.
Wenn alles geklappt hat, zieht die Karte um die 1A und die MOSFETs und der VRAM werden leicht warm. Nun kann man noch einmal die Corespannung nachmessen und sich vergewissern, dass alles noch wie gewohnt funktioniert.
Nun haben wir im Prinzip schon einen halben Zombie, denn wir haben erreicht, dass die Grafikkarte ohne Core und ohne Mainboard funktioniert und ihre Spannung ausgibt, denn genau an die wollen wir ran. Die ganze Sache ist nur etwas unhandlich und so müssen wir die ganze Sache etwas verkleinern.
PCIe Slot ersetzen#
Um die Karte zersägen zu können, brauchen wir alternative Punkte, wo die 12V und die 3,3V vom PCIe zu finden sind. Aktuell sind diese Spannungen noch am PCIe Slot verlötet. Dieser soll später der Säge zum Opfer fallen.
Nun schaltet man die Karte an und macht sich mit dem Digitalmultimeter (DMM) auf die Suche. Vorzugsweise sucht man in dem Bereich, wo der Hauptschaltregler zu finden ist. Dort bin ich auf eine weitere Spannung von 5V gestoßen, die irgendwo auf der Karte erzeugt werden muss, denn wie wir wissen, werden von außen nur 3,3V und 12V zugeführt. Mit geschultem Auge hat man schnell den Linearregler gefunden, der aus 12V die 5V macht, genauso wie es unsere beiden extra Schaltungen auch tun.... was ein Zufall.
Wegen diesem Regler, der ebenfalls der Säge zum Opfer fallen wird, haben wir die zweite Schaltung aufgebaut. Er wird direkt von der 12V vom PCIe Slot gespeist.
Wir verwenden nun also die zweite Linearreglerschaltung und ersetzen damit den später wegfallenden Regler auf der Karte. Der Eingang wird ebenfalls mit den 12V vom PCIe Stecker versorgt und der Ausgang wird dort verlötet, wo die 5V gebraucht werden... und zwar als Versorgungsspannung der Schaltregler. Denn in denen arbeitet auch eine Menge Logik, die auch versorgt werden muss. Die 5V werden außerdem für die Pegel der VID Pins benötigt. Mit ihr werden diese Pins auf 0 oder 1 gelegt und danach wird die Standardspannung der Grafikkarte festgelegt.
Der Ausgang des 5V Reglers wird an folgende Stelle verlötet:
Der Alternativlötpunkt für die 3,3V ist ebenfalls schnell gefunden.
Schaut man sich das Datenblatt des uP6225 an, so kann man sehr gut erkennen, wieso diese Spannungen gebraucht werden.
Das Datenblatt selber ist unter NDA, so dass es anfangs gar nicht einfach war, die Belegung des 64 Pin packages herauszufinden. Ich habe dann einfach alle Nummern der 6000er Serie von uP durchgesucht und habe den uP6208 gefunden, der das gleiche package hat. Ein paar Kontrollmessungen wie FB, VCC, VID und EN verrieten mir, dass die Belegung identisch sein musste. Somit gab es eine Grundlage, auf der ich weiter arbeiten konnte. Ohne dieses Wissen aus dem Datenblatt ist man aufgeschmissen und muss durch hilfloses Herumstochern mit dem DMM versuchen etwas herauszufinden... nahezu unmöglich bei diesen komplexen Schaltungen.
Interessant sind die Pins 48 (5VCC), Pin 51 (EN) und Pin 52 (VTT).
Dem Datenblatt des up6208 kann man entnehmen, dass die Pins EN und VTT quasi Schalter für den Regler sind. Legt man sie auf High (3,3V) so arbeitet der Regler. Liegen sie auf 0 (0V), schaltet sich der Regler ab. Wenn also keine 3,3V anliegen, kann das Signal auch nie auf High gehen und der Regler arbeitet nicht... logisch. Also löten wir die 3,3V hart auf diese beiden Pins bzw. die daran angeschlossenen Widerstände. Normalerweise werden diese Pins dazu verwendet, um andere Spannungen abzufragen und nur wenn die vorhanden sind, schaltet sich auch der Regler ein. Der VTT Pin fragt z.B. ab, ob die 12V am PCIe Stecker anliegen, denn nur dann kann auch eine Corespannung erzeugt werden. Wenn diese 12V nicht da sind, kann der Regler auch weiterschlafen.
Wir haben nun also den Verwendungszweck der 12V am PCIe Stecker gefunden, nämlich die Erzeugung der 5V und haben die 3,3V ersetzt. Durch die alternativen Lötpunkte ist der PCIe Slot nun wieder frei von Kabeln und wird nicht mehr gebraucht.
Die Karte kann nun erneut getestet werden und man kann wieder die Corespannung messen.
Alle Lötpunkte befinden sich nun in einem Bereich, der erhalten bleiben soll.
Die Stromaufnahme ist drastisch gesunken. Dadurch, dass der VRAM nicht mehr versorgt wird und nur noch der uP6225 ohne Last arbeitet, dürfte die Stromaufnahme im Bereich von 200mA liegen.
Wer aufmerksam die Rückseite des PCBs beobachtet hat, wird nun vielleicht feststellen, dass nur noch die obere, grüne LED an ist. Diese LEDs zeigen den Status der Phasen an. Eine leuchtende LED bedeutet eine aktive Phase. Es ist also nur eine Phase aktiv. Erste Lasttests hatten gezeigt, dass der gesamte Strom von einer Phase bereit gestellt wird und bei höheren Anforderungen die OCP (Überstromschutz) ausgelöst wurde. Es müssen nun also noch alle anderen Phasen aktiviert werden.
Es handelt sich um einen low-aktiven Pin, der bei 0V in den Power-safe-mode geht und nur eine Phase aktiviert. Legt man ihn auf 3,3V, sind alle Phasen aktiv. Mit dem Pin auf 0V leuchtet nur eine grüne LED. Mit dem Pin auf 3,3V leuchten alle LEDs, grüne und rote. Dieser Pin wird für gewöhnlich von der GPU bedient, die dem Regler signalisiert, wenn Strom gespart werden soll. Da die GPU nicht mehr existiert, müssen wir das Signal händisch generieren.
Hier ist der Lötpunkt, der auf 3,3V gelegt werden muss, damit alle Phasen aktiv sind.
Auch die Stromaufnahme der Lightning Platine verfünffacht sich. Ohne Last und einer aktiven Phase waren es noch ca. 200mA Stromaufnahme. Mit allen aktiven Phasen sind es 1100mA. Hier kann man auch erkennen, dass der Power-safe-mode genau das macht, was er soll. Mämlich bei kleinen Lasten Strom sparen... aber wer braucht das schon bei einem solchen Vorhaben. Man kann nun also die Strombegrenzung herunter drehen, denn nach dem Schneiden des PCBs wird man sie vielleicht brauchen.
Karte zersägen#
Da nun keine weiteren Schritte mehr notwendig sind, kann die Karte endlich zerteilt werden.
Wir setzen mit dem Dremel einen sauberen Schnitt genau hinter den Ausgangskondensatoren. Je schneller die Trennscheibe dreht, umso geringer sind die Chancen auf einen Kurzschluss zwischen den unterschiedlichen Lagen des PCB. Nimmt man eine Handsäge oder ähnliches muss man damit rechnen, dass sich durch die langsamen Schneidgeschwindigkeiten die Lagen so verziehen, dass sie untereinander Kontakt haben. das wollen wir natürlich nicht.
Man schneidet also sauber entlang der Kante und bemüht sich, möglichst wenige Bauteile zu zerstören. Denn jeder defekte Kondensator, der für gewöhnlich zwischen + und - hängt, kann wieder einen Kurzen ergeben... also mit Gefühl und Zeit an die Sache herangehen. Schneidet nicht zu knapp, falls doch mal eine Kupferlage Kontakt hat, muss an dieser Stelle nachgearbeitet werden.
Bitte arbeitet nicht zu dicht vor eurem Gesicht und atmet den Schneidestaub nicht ein. Ich kann mir nicht denken, dass es gesundheitsförderlich ist... also lieber Abstand halten, auch im Sinne eurer Augen, falls die Trennscheibe mal zerfliegt (Schutzbrille tragen!).
Ich habe eine Reihe VRAM stehen lassen, um später die angelöteten Kabel fixieren zu können.
Nach dem Schnitt wird die Karte gesäubert, die Metallspäne werden mit Spiritus abgewaschen.
Die 12V werden am PCIe Stecker angelegt und die Corespannung gemessen. Man sieht schon an der Stromaufnahme, ob sich irgendwo ein Kurzschluss verirrt hat. Ist diese über 500mA, ist irgendetwas faul und man muss sich mit einer Lupe auf die Suche nach dem Übeltäter machen. Evtl. beschädigte Bauteile entlang der Schnittkante ablöten (sie werden eh nicht gebraucht) und die Lagen untersuchen.
VMod und erste Tests#
Funktioniert alles, so können wir zum Finish übergehen. Die Regler werden mit Heißkleber am PCB fixiert und ordentlich verlötet. Die Anschlussdrähte werden möglichst kurz gehalten. Das ganze sieht in Etwa jetzt so aus:
Im Anschluss daran kann ein erster kleiner Lasttest gemacht werden. Dazu löten wir, wie auf dem Bild zu sehen, zwei Kabel an. Eins an + und eins an -.
Dazwischen platzieren wir einen Leistungswiderstand in der Größenordnung 100mOhm. Daraus resultiert ein Strom von ca. 10A. Bitte verwendet keine normalen Widerstände mit 1/4W oder sowas. Die rauchen bei der Leistung innerhalb von Sekunden ab. Ich habe ein altes 260mOhm Leistungspoteniometer genommen, so konnte ich die Last variieren und so verschiedene Stromstärken, bei 1A beginnend, einstellen.
Wir haben nun also eine Platine mit einem Schaltregler, mit 12V Eingangsspannung und 1,xV Ausgangsspannung und theoretisch viiiiielen Ampere.
Um die Ausgangsspannung verändern zu können, löten wir am FB Pin einen klassischen VMod mit einem 25k Poti.
Das Poti wird auf 25k eingestellt und zwischen den FB Pin und Masse gelötet. Durch Verkleinern des Widerstandes wird die Spannung erhöht.
Auch der VMod kann noch einmal unter Last getestet werden. Mit höherer Spannung fließt auch mehr Strom. Das kann man so weit treiben, bis unser Labornetzteil in die Strombegrenzung rennt. Aber dennoch nicht übertreiben. Auf jeden Fall sind Spannungen von bis zu 1,7V möglich. Ob diese dann auch unter hoher Last realistisch sind, wird sich zeigen.
Zusammenfassung der Mods#
Testkarte vorbereiten#
Die Karte, die mit dem "Netzteil" betrieben werden soll, ist eine GTX285. Sie hat ab Werk eine 6 Phasen Spannungsversorgung für die GPU und zwei Phasen für den VRAM. Der VRAM wird weiterhin von der GTX285 versorgt, lediglich die GPU bekommt ein Upgrade. Schaut man sich die 285 genauer an, sieht man den ähnlichen Aufbau der Lightning. PCIe Stecker, Schaltregler, MOSFETs, Spulen, Kondensatoren... alles wie gehabt. Nur kann man auch deutliche Unterschiede zwischen beiden Spannungsversorgungen sehen. Die der Lightning nimmt durch die doppelte Anzahl an Phasen wesentlich mehr Platz ein und lässt so schon erahnen, welche Power dahinter steckt.
Die Spannungsversorgung auf der GTX285 muss deaktiviert werden. Wenn man sich in den Grundlagen das Schema anschaut, wird mal schnell erkennen, an welcher Stelle die externe Spannung eingespeist werden kann, nämlich da, wo die Spulen sitzen. Lötet man die Spule heraus, ist die GPU komplett von der Spannungsversorgung getrennt und der originale Regler kann keinen Einfluss mehr auf die GPU nehmen. Er regelt und regelt, ohne dass die GPU etwas davon mitbekommt. Der rote Pfeil markiert die Stelle, an der wir die Spannung von der Lightningplatine einspeisen werden. So können noch die Kondensatoren der GTX285 genutzt werden, um die Spannung weiter zu glätten.
Zum Auslöten der Spulen verwenden wir den Heißluftfön und den Lötkolben. Die Spulen sind mit vielen Durchkontaktierungen (Vias) mit der Powerplane im PCB verbunden. Dieses besteht aus großflächigem Kupfer. Verwendet man nun nur den Lötkolben, wird die Wärme direkt von der Lötstelle in die Kupferlage abgeführt. Das hat zur Folge, dass das Lot an der Spule nicht flüssig wird. Man braucht nicht zimperlich sein, denn die Spulen benötigen wir nicht mehr. Man kann also mit dem Lötkolben das GPU zugewandte Pad erwärmen und die Spule dann nach oben biegen. Man muss nur aufpassen, dass die Lötpads auf der GPU Seite der Spule erhalten bleiben. Mit dem Heißluftgebläse erwärmen wir das PCB auf ca. 80-100°C. Hier ist ein digitaler Heißluftfön wichtig, sonst könnte man andere Bauteile mit ablöten. Durch das Vorheizen hat man ein geringeres Temperaturgefälle zur Lötstelle und es wird weniger Energie von der Lötstelle abtransportiert. Dadurch lassen sich die Spulen jetzt einfacher herauslöten und der Weg ist frei für die Hochzeit der beiden Platinen.
Zusätzlich modifizieren wir noch den originalen Kühler der GTX285. Um die dicken Kabel verlöten zu können, brauchen wir da Platz, wo die Spulen gesessen haben. Dazu nutzen wir wieder den Dremel mit der Trennscheibe und setzen an der folgenden Stelle einen sauberen Schnitt. Davor demontieren wir die Abdeckung und den Lüfter. Diese Stelle hat den Vorteil, dass beide Kühlerhälften wieder komplett montiert werden können und nichts wackelt... nur für den Fall, dass man den Kühler irgendwann wieder komplett montieren möchte. Durch diese Modifikation kann der Kühlkörper für die Tests auf der Karte montiert werden, ohne dass die Stellen verdeckt werden, an denen gelötet wurde.
Kabel verlöten#
Die im Schema mit dem roten Pfeil gekennzeichnete Stelle entspricht den folgenden Lötpunkten. Zu sehen ist das PCB der GTX285 mit abgelöteten Spulen. An diese Stellen werden dann später die dicken Kabel von der Lightning Platine gelötet.
Als Kabel kommt vorerst 1,5mm² dicke Litze zum Einsatz. Um einen geschlossenen Stromkreis herzustellen, denn da wo Strom hinfließt, muss er auch wieder zurück, muss man Kabel für + und Kabel für - verlegen. Idealerweise natürlich auf beiden Seiten genauso dick bzw. genauso viele Kabel. Für die ersten Tests werden sechs + Kabel und sechs - Kabel verlötet. Wenn die ganze Sache dann funktioniert, werden weitere Stromwege geschaffen, um auch das Potential der Lightning Stromversorgung auszuschöpfen. Das später eingesetzte 2,5mm² Kabel lässt einen Maximalstrom von 32A zu. Je kürzer das Kabel ist, umso weniger Spannung fällt darüber ab.
Ein wenig Theorie dazu:
Grundlage bildet das Ohmsche Gesetz:
Es besagt, dass sich der Widerstand aus Spannung und Strom ergibt. Je höher der Strom bei gleicher Spannung, desto kleiner der Widerstand.
Der Widerstand ist im Modell unsere GPU. Unter Last ist der klein (viel Strom) und im Idle ist der Widerstand größer (weniger Strom).
Die stromführenden Kabel haben einen endlichen Widerstand. Je länger ein Kabel ist, umso größer ist dessen Widerstand. Je dicker ein Kabel, umso kleiner der Widerstand (Parallelschaltung von Widerständen, denn man schaltet ja quasi zwei dünne Kabel parallel, so dass sich der Widerstand halbiert). Dieser reale Widerstand ist konstant. Fließt nun also viel Strom, fällt auch viel Spannung über dem Kabel ab. Das bedeutet, dass unter Last die Spannung, die an der GPU übrig bleibt, geringer ist (Reihenschaltung von Widerständen). Es dauert zwar nur eine endliche Zeit, bis der Regler diesen Spannungsabfall ausgeglichen hat, aber schön ist es dennoch nicht für das Übertakten. Jeder weiß, stabile Spannungen sind viel wert. Das bedeutet also - je kürzer und dicker die Kabel, desto stabiler und sauberer die Spannung.
Ziel muss es also sein, möglichst viele, dicke, kurze Kabel zu verwenden!
Zum Funktionstest kann man die ganze Sache aber etwas stiefmütterlich behandeln. Wir wollen ja noch keine Rekorde aufstellen, wir wollen sehen ob alles so funktioniert, wie wir es uns ausgedacht haben. Also nehme ich jetzt etwas längere Kabel, die sich für den Moment einfach besser handhaben lassen.
Zuerst werden die Kabel auf der Lightningplatine angelötet. Als Lötpunkte für den Pluspol nehme ich die Spulen-Ausgänge und die Pluspole der Kondensatoren. Als Masse nehme ich die Minuspole der Kondensatoren, die Schraubenlöcher und zur Not die Anschlüsse der PCIe Stecker.
Ich belasse es vorerst bei 6 Kabeln 1,5mm², um erstmal die Funktion zu überprüfen. Wenn dann alles geht, kann man immer noch dickere Kabel verbauen. 6x1,5mm² bedeuten irgendwas bei 120A bei dieser Verdrahtung. Das sollte vorerst ausreichen zum booten, Treiber installieren und einem 3D Run ohne große Last (Aquamark 3). Die rötlichen Kabel sind die Ausgänge der Spulen mit dem Pluspol und die anderen Kabel sind an den Schraubenlöchern verlötet als Minuspol. Die Schraubenlöcher muss man zuvor mit einem Skalpell freikratzen, um das Kupfer freizulegen. Ab Werk sind sie mit Lötstopplack überzogen. Es wird immer die gleiche Anzahl an + und - Kabeln verlötet.
Die GTX285 hat ebenfalls große und gute kontaktierbare Schraubenlöcher. Wir verwenden zum verlöten der Masseverbindung die vier Schraubenlöcher, die zum abgetrennten Stück des Kühlers gehört hätten. So haben wir eine gute Verbindung und können dennoch den vorderen Teil des Kühlers montieren.
Wenn alle Kabel verlötet sind, könnten Vorder- und Rückseite etwa so aussehen.
Damit haben wir die Stromversorgung der GTX285 deaktiviert, haben den Stromversorgungsteil der 5870 Lightning abgetrennt und beides zu einer Karte zusammengefügt.
Als Ergebnis haben wir eine GTX285 mit einer 500A, 12 Phasen Stromversorgung - eine GTX285 Lightning. Wie die Messplatine verbaut wird, beschreibe ich unter Punkt 6.
6. Multimeter verbauen#
Ob der Zombie auch wirklich funktioniert, sieht man nicht immer auf den ersten Blick. Generell ist es ratsam, bei solchen Aktionen immer ein Multimeter zur Hand zu haben, um die Ausgangsspannung zu messen. Beim benchen sollte man sich die Verwendung eines DMM eh angewöhnen, um die Spannung auch ohne Software exakt im Auge zu behalten. Damit wir nicht immer ein DMM mitnehmen müssen und wenn man es braucht, ist eh immer die Batterie leer, verbauen wir auf dem Zombie nun zum Ende noch ein Messmodul, das die Ausgangsspannung anzeigt und mit durch das Netzteil gespeist wird.
Folgende Sachen werden dazu noch benötigt:
- Voltmeter Modul PeakTech LDP-235 LED
- 9MOhm Widerstand (ausgemessen aus 9,1MOhm Widerständen)
- 1MOhm Widerstand
- Traco TME 1209S DC/DC Converter
- ein paar kleine Kabel
Die Besonderheit dieser Messmodule ist, dass die Versorgungsspannung und die Messspannung galvanisch voneinander getrennt sein müssen. Sie dürfen also keine elektrisch leitende Verbindung zueinander haben. In der Regel wird mit einem Trafo getrennt, wo also keine Elektronen fließen, sondern die Energie elektromagnetisch übertragen wird. Diese Aufgabe übernimmt bei uns der Traco DC/DC Converter, der aus 12V Eingangsspannung (von den PCIe Steckern), 9V Betriebsspannung für das Messmodul macht. Somit ist die galvanische Trennung gegeben und die Messspannung kann korrekt ausgelesen werden.
Folgendes Schema zeigt den Einbau des Messmoduls.
Die 12V Eingangsspannung greifen wir an den Linearreglern ab und die Messspannung wird mit einem Kabel an einem Ausgangskondensator gemessen. Den 9MOhm Widerstand löten wir, wie in der Anleitung zum Modul beschrieben, an Platz Ra, den 1MOhm Widerstand löten wir an Platz Rb und stellen damit den Messbereich von 2V ein. Um die Kommastelle richtig einzustellen, brücken wir die beiden Lötpads von P1 mit den abgeschnittenen Beinchen der Widerstände. Damit ist der maximale Messwert 1,999V. Mehr werden wir in der Regel für GPUs auch nicht brauchen.
Das Ganze könnte dann so aussehen.
Jetzt haben wir die Spannung immer im Blick.
7. Test Tagebuch#
In diesem Kapitel möchte ich unsere Vorgehensweise vom ersten Test zum fertigen Zombi darstellen. Es ist wie eine Art Tagebuch aufgebaut, denn fertig sind wir leider noch nicht.
Test vom 12.06.2011#
Nach dem ersten Test hat sich herausgestellt, dass auch der VRAM keine Spannung bekommt. Scheinen also beide originalen Spannungsversorgungen einen ab bekommen zu haben. Das Lightning PCB lieferte aber bei den Tests eine stabile Spannung und der Core wurde warm... also auch ohne Bild auf dem Monitor ein sehr gutes Zeichen. Ich musste nun also noch die VRAM Versorgung ersetzen. Dabei ist die Vorgehensweise genau die gleiche. Spulen der beiden Phasen raus, dicke Kabel dran und zur externen Platine. Die externe Platine ist diesmal keine Grafikkarte, sondern eine Platine mit einem TPS40140 Schaltregler, die ich noch von einem anderen Projekt übrig hatte. Ebenfalls ein zwei phasiges System mit 32A am Ausgang.
Sowohl die VGPU, also auch die VMEM Spannung sind nun extern erzeugt. Weitere Tests folgen im Laufe der Woche. Wir hoffen, dass die Karte wieder läuft und wir euch endlich ein paar Schöne Ergebnisse zeigen können
Test vom 14.06.2011#
Der Zombi läuft. Wir haben die Karte normal booten können und wir waren sowohl im Windows XP, als auch im Windows 7. Die Treiber konnten installiert werden und alles schien gut zu laufen. Bei der kleinsten Last hingegen schaltete sich die Corespannung ab, was normalerweise auf eine OCP hindeutet. Nach Messungen mit dem Oszi stellte sich heraus, dass nur eine Phase aktiv ist. Der Schaltregler versorgt also nur einen Slave-Schaltkreis mit einem PWM Signal, so dass auch nur ein Paar MOSFETs angesteuert wird. Der Strom ist dadurch natürlich massiv begrenzt. Ich muss nun schauen, wie ich den Regler überreden kann, dass er alle 12 Phasen ansteuert. Hoffentlich ist es nur ein Pin und damit eine Hardwareeinstellung. Wenn ich allerdings Pech habe, muss ich noch ein I2C Interface bauen, um den Regler ansteuern zu können. Das wäre natürlich die absolute Luxusvariante, denn dann könnte man per Software die Corespannung einstellen und alle Funktionen des Reglers nutzen... aber ich hoffe, dass es auch ohne geht.
Recherche vom 15.06.2011#
Wie es aussieht, scheint der Regler eine Art "light load efficiency"-Mode zu haben. Wenn also weniger als 25A fließen, wird er in diesen Mode geschaltet und somit scheint auch nur eine Phase aktiv zu sein. Dieser Mode wird durch einen Pin belegt, der normalerweise von der GPU bedient wird. Die GPU gibts natürlich nicht mehr, wonach der Pin höchst wahrscheinlich in der Luft hängt, also quasi 0V hat. Ich versuche nun also diesen Pin auf 3,3V zu legen und dann schauen wir mal, ob dann alle Phasen anspringen.
Tests vom 15.06.2011#
Wie sich heraus gestellt hat, war die Idee mit dem Pin genau die richtige. Es handelt sich um einen low-aktiven Pin, der bei 0V in den Power-safe-mode geht und nur eine Phase aktiviert. Legt man ihn auf 3,3V, sind alle Phasen aktiv. Man kann den Zustand der Phasen auch auf der Rückseite des PCBs anhand der LEDs erkennen. Mit dem Pin auf 0V leuchtet nur eine grüne LED. Mit dem Pin auf 3,3V leuchten alle LEDs, grüne und rote. Ich hatte den LEDs bisher keine Aufmerksamkeit gewidmet, aber nun hat sich herausgestellt, dass sie doch zu etwas nütze sind. Auch die Stromaufnahme der Lightning Platine hat sich verfünffacht. Ohne Last und einer aktiven Phasen waren es noch 230mA Stromaufnahme. Mit allen aktiven Phasen sind es 1100mA. Hier kann man auch erkennen, dass der Power-safe-mode genau das macht, was er soll. Mämlich bei kleinen Lasten Strom sparen... aber wer braucht das schon bei einem solchen Vorhaben.
Hier ist der Lötpunkt, der auf 3,3V gelegt werden muss, damit alle Phasen aktiv sind.
Anschließend habe ich noch ein paar mehr Kabel verlötet und die Karte ist nun hoffentlich bereit für den finalen Einsatz.
Bau vom 19.06.2011#
Ich bin gerade dabei, die ganze Sache noch etwas zu verfeinern.
Wir hatten das Problem, dass mit hoher Last und allen aktiven Phasen die Spannung eingebrochen ist. Das versuche ich nun zu beheben und habe denke ich den Fehler gefunden. Es liegt wohl an irgendeiner Startup-Sequenz. Um das auszuhebeln kann die Karte mit einer Phase gestartet werden und dann 1s später können alle anderen Phasen aktiviert werden... ich denke das sollte klappen. Reale Tests stehen aber noch aus...
Ich habe mich im gleichen Zuge darüber hergemacht und noch etwas chices gebaut:
Ich kann nun via I2C Interface mit dem Regler kommunizieren und somit irgendwann auch ohne Software auf dem Benchsystem die Spannung anheben, die Schaltfrequenz ändern und die OCP Werte anpassen. Man könnte also im Bench alle Werte ändern und so einen Durchlauf mit mehreren Einstellungen machen, ohne das der Afterburner im Hintergrund laufen muss.
Man nehme sich also eine kleine Platine, die mit einem ATMega Mikrocontroller bestückt ist und über ein USB Interface verfügt. Dann bringt man der Platine bei, dass sie das I2C Interface unterstützen soll bzw. es ausgibt und schon kann es losgehen.
Man sucht sich die beiden Pins SCL (Takt) und SDA (Daten), lötet die kleine Platine daran, nimmt sich einen Laptop und fängt an Daten zu lesen und zu schreiben... alles über eine serielle Schnittstelle.
So sieht das ganze dann auf dem Bildschirm aus:
Nun muss ich noch irgendwoher rauskriegen, wie die Register im Regler belegt sind und welches Register welche Funktion hat. Dazu brauche ich aber das Datenblatt, das vom 6208 hilft mir hier nicht mehr weiter...
Ich kann nun also Register lesen und schreiben und habe damit alle Voraussetzungen geschaffen, um den Regler ansprechen zu können. Nun fehlen noch die Datenblattdaten
Im Prinzip kann man mit dieser Platine jedes I2C Gerät, also auch jeden anderen Schaltkreis, ansprechen und damit die Spannungen und andere Sachen einstellen.
Tests vom 24.06.2011#
Der Zombi läuft nun engültig richtig.
Das Problem mit den Phasen und der Sequenz hat sich auch gelöst. Bei jedem Kaltstart muss die Karte mit nur einer Phase gestartet werden. Wenn die Karte einmal läuft, kann innerhalb von einer Sekunde der Schalter umgelegt werden und alle 12 Phasen sind aktiv.
Hier das Video dazu:
http://www.youtube.com/watch?v=77ftQfY3FN0
Die Karte läuft durch alle Benches durch. Egal ob 03er Nature oder 06er...
Die RAM Versorgung brauch noch etwas mehr Saft. Die lief nur mit etwas verringerter Spannung. Scheinbar reichen da 32A nicht ganz aus. Da werde ich also auch nochmal Hand anlegen und ihr mehr Strom zur Verfügung stellen. Wenn dann der RAM auch mit 2,4V und mehr läuft, gibt es LN2 Tests
Bau und Tests vom 03.07.2011#
Gestern haben wir endlich den finalen Status zum Zombie erreicht.
Nachdem bei den letzten Tests die RAM Spannung etwas schwachbrüstig war, hatte ich versucht, diese mit der Spannungsversorgung einer GTX480 zu versorgen. Dazu hatte ich nach gleichem Schema die Karte abgesägt und zum Laufen gebracht... alles wunderbar. Am Ende scheiterte es dann dummerweise daran, dass ich die Spannung nicht hoch genug einstellen konnte. Der verwendete Chil8266 Regler hat keinen klassischen Feedbackpin, so dass ein VMod nicht möglich war. Blieben VID-Mod (maximal 1,6V, also auch zu wenig) und/oder I2C (SMBus). Da ich aber nur eine grobe Ahnung hatte, welches Register welche Funktion hat, habe ich das erstmal nach hinten verschoben und werde diesen Zombie dann später noch einmal seperat testen.
Die Lösung für die RAM-Spannung war eine zweite parallel geschaltete Platine, wie sie auch bisher für die VMem zum Einsatz kam. Ich habe beide Platinen so umgebaut, dass ein Poti beide Regler ansteuert und so immer die identische Spannung an beiden Ausgängen anliegt. Wir haben nun also statt 32A, 64A bei bis zu 2,5V... was allem Anschein nach mehr als ausreichend ist.
Die Karte läuft also wie am Schnürchen.... hier das erste Ergebnis im 01er Nature:
Die Karte lief ohne Murren 740/1430MHz. Gerade der RAM Takt kann sich für eine Referenzdesign 285 sehen lassen. Hier schient der zusätzliche Strom also schon geholfen zu haben. Der Coretakt ist eher Durchschnitt, aber wir hoffen, dass sich unter LN2 das Blatt weiterhin zum positiven wendet.
Das Ergebnis ist ohne Tweaks, LOD und sowas... daher die etwas niedrigen Frames. An der Performance arbeiten wir dann noch.
Trotz der langen Kabel ist der VDrop von Masterplatine zur GTX285 nahe 0V, sowohl bei der VGPU, als auch bei VMEM. Ich habe also ausreichend dicke und vor allem genug Kabel verlegt. Die Spannungsversorgung scheint also erstmal optimal eingestellt zu sein, nach den vielen Tests möchte das aber auch sein.
Jetzt wird die Karte isoliert und für den LN2 Einsatz vorbereitet.
Tests vom 16.07.2011 - erster LN2 Test#
Wir haben jetzt am WE den Zombi unter LN2 getestet.
Da wir nicht viel Zeit hatten und nach dem Umbau auf LN2 der Temperaturfühler defekt war, war es ein Blindflug und wir mussten nach Gefühl kippen und hatten keinen Anhaltspunkt, wie kalt die Karte ist.
Hier ein paar Bilder:
Wir haben mit dem 01er Nature getestet und haben hier eine Taktfrequenz von 1000MHz auf dem Core stabil bekommen. Wegen chronischer Unlust gibt es davon leider keinen Screen. Die Karte scheint nach dem Zombi-Mod coldbugfrei zu sein. Allerdings gab es bei den tiefen Temperaturen ein paar Probleme mit dem RAM und Bildfehlern. Um das genau herauszubekommen wäre ein Fühler nötig gewesen.
Wir haben die Tests dann schnell wieder beendet und uns der richtigen GTX580 Lightning gewidmet, denn es galt noch einen 3DMark2011 WR zu knacken
http://www.hardwareluxx.de/communit...ion-des-team-hardwareluxx-germany-823458.html
Demnächst, wenn wir etwas mehr Zeit und Lust haben, folgen nochmal Tests mit Thermofühler.... aber das Projekt kann schon ale voller Erfolg verbucht werden. Die Karte rennt gut unter Luft, anständig unter LN2... was will man mehr.
8. Hinweise#
Sämtliche hier gezeigten Modifikationen und Maßnahmen führen zum Erlöschen von Garantie und Gewährleistung.
Wenn es jemand nachbauen möchte, geschieht das auf eigene Gefahr und ich bin nicht haftbar für defekte Hardware oder brennende Häuser!
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Wahnsinnsvorhaben am Wochenende! Beste Erfolge! 
Respekt ! Saubere Arbeit, viel Spaß beim Testen am Wochenende ! 
- da weiß man wieder warum man im HardwareLUXX unterwegs ist 
