Zdroje čekají velké změny: ATX 3.0 má 16pin pro GPU, další novinky

Největší změny v ATX zdrojích od roku 2003, konektor 12VHPWR pro grafiky

Před nedlouhým časem přišel Intel s novou technologií počítačových zdrojů, standardem ATX12VO, který má šetřit energii sjednocením větví zdroje jen na 12 V (s tím, že ostatní napětí musí konvertovat deska) – zejména snížit klidové spotřeby PC. Teď trochu překvapivě ale uvádí novou revoluci jinde: novou verzi klasického standardu ATX, a to novou „major verzi“ 3.0. Verze 2.x tu s námi byla od roku 2003, skoro polovinu historie PC.

To, že najednou standard zdrojů ATX čekají velké změny, přichází proto dost nečekaně (aspoň pro ty, kdo vývoj specifikací nesledovali), dlouhé roky se toho prakticky nezměnilo a jen se zaváděly třídy efektivity. Takže zdroje i třeba deset a více let staré jsou stále kompatibilní s dnešním PC. ATX 3.0. sice zachovává kompatibilitu, ale řada věcí se už změnila docela hodně, nejvíce napájení GPU.

Povinný 12+4pinový konektor pro výkonnější zdroje

Asi nejzásadnější novinka spojená se ATX 3.0 je příchod nového napájecího konektoru pro GPU – není to nic jiného než onen 16pinový, respektive 12+4pinový konektor nazvaný 12VHPWR, který je součástí specifikace PCI Express 5.0. Tento konektor tedy nyní bude standardem pro napájení výkonnějších grafik a lze čekat, že tím pádem nahradí dnes používané osmipiny a šestipiny na všech budoucích grafických kartách (nebo minimálně těch výkonnějších).

12+4pinový konektor 12VHPWR budou zdroje v rámci specifikace muset mít povinně, pokud mají výkon vyšší než 450 W. Zdroje do 450 W jej mít nemusí.

Tento 12+4pinový konektor bude poměrně komplikovaná věc. Co je důležité: schopnosti tohoto napájecího kabelu/konektoru co do počtu wattů, které bude moci protlačit do grafické karty, se u zdrojů budou moci lišit. To, že ho zdroj má, tedy ještě příliš neznamená, důležité bude, kolik wattů bude schopen dodat.

12+4 pinový konektor je složený ze dvou částí – elektrická (napájecí) část je prakticky stejná jako u nynějšího nestandardního konektoru používaného Nvidií na kartách Founders Edition. Má šest žlutých drátů s napětím 12 V a šest černých drátů, které jsou zemnění. Tento dvanáctipin pak má ještě přilepenou čtveřici méně silných vodičů a kontaktů, které slouží k signalizaci. A jak se ukazuje, budou velmi důležité.

Dva z vodičů/pinů signalizují stavy, které zdroje nemusí povinně podporovat. Signál CARD_CBL_PRES# přichází z karty do zdroje a informuje ho, že je karta připojená ke kabelu v pořádku zapojená a aktivní. Jeho role asi bude v serverech, kdy zdroj díky informaci, že má více zapojených karet, může dávat pozor na to, aby se nepřetížil. CARD_CBL_STABLE je také signál, který posílá GPU do zdroje. Jde vlastně o Power OK signál, kdy karta říká, že dodávané napětí je v pořádku. Pokud by karta přestala toto signalizovat, znamená to poruchu a zdroj by měl napájení vypnout, aby se předešlo nějakému poškození hardwaru nebo nedejbože požáru.

V osobních počítačích a herních sestavách budou asi mít význam jen druhé dva signály Sense1 a Sense0, které asi jsou již povinné a budou mít ústřední význam. Těmito signály naopak zdroj signalizuje grafické kartě, jak velký výkon má, respektive kolik wattů jí může kabelem dodat.

Karta podle specifikací musí upravit svou spotřebu podle toho, jak má zdroj tyto piny nastavené (tj. co tímto nastavením signalizuje). A tyto limity jsou dva – jeden je nižší a limituje spotřebu, kterou může GPU po kabelu odebírat ze začátku mezi spuštěním počítače a chvílí, než se zinicializuje a načte jeho ovladač. Poté začne platit o něco vyšší limit. Je to tedy tak, že když o sobě GPU ještě moc neví, může brát jen určitou limitovanou energii, než se správně nastaví a začne normálně pracovat. Až pak si může říct od zdroje o víc.

Fragmentace…

Jaké jsou tyto limity napájení, můžete vidět v tabulce. První řádek (Gnd, Gnd) uvádí limity pro stav, kdy zdroj má oba piny vodiči propojené ke GPU a celé je to uzemněné. Toto je nastavení, které umožňuje maximální spotřebu, a to, co budete potřebovat pro nejvýkonnější GPU. GPU po spuštění může odebírat maximálně 375 W a po inicializaci až 600 W. Pokud jeden z vodičů propojen a uzemněn je a druhý není, je spotřeba omezena dle dalších řádků tabulky.

Poslední řádek ukazuje stav, kdy není propojen a uzemněn ani jeden z pinů (zdroj třeba ani vůbec nemá čtyři signální vodiče/piny v konektoru). Jak vidíte, v takovém případě karta může brát nejprve jen 100 W a po inicializaci je pro ní maximum pořád jen 150 W. Jen 150 W samozřejmě nebude stačit výkonným GPU. Ty se s takovým zdrojem buď ani nezapnou, nebo budou mít frekvence silně omezené a jen zlomek svého normálního výkonu.

S ATX 3.0 a konektorem 12VHPWR tedy budete muset hlídat, zda má ten správný výkon (a ideálně ten maximální, 375W/600W), když budete vybírat zdroj pro nové PC a grafiku, nebo když budete to existujícího počítače instalovat novou kartu. Jak výkonný kabel je vyžadován, snad bude k nalezení ve specifikacích karet.

Bohužel zde může vzniknout určitá fragmentace, kdy si koupíte zdroj, ale za dva roky se ukáže, že výrobci grafických karet se rozhodli zase zvýšit spotřebu GPU a najednou váš zdroj nebude stačit k jejich napájení. To, kolik wattů kabel zdroje dokáže dodat, by snad ale mělo být značené ve specifikacích a možná i na kabelech samotných.

12pinové konektory bez signalizace nejsou s novým standardem kompatibilní

Z uvedeného vyplývá, že neplatí co se dosud uvádělo, tedy že bez přítomnosti/zapojení komunikačních pinů bude kabel moci pořád dodávat aspoň oněch 450 W (pořád brutálních). V takovém případě smí grafiky podle specifikace odebírat jen 150 W, protože ani jeden z pinů není propojen a uzemněn (zdroj Asus ROG Thor, který sliboval nejdřív 600W a pak 450W jen přes holý 12pin tedy není sladěný se specifikací ATX 3.0 a možná ani PCIe 5.0).

A naopak, pokud byste ke zdroji ATX 3.0 připojili grafiku GeForce RTX 3000 Founders Edition s obyčejným 12pinem, zdroj by jí neměl dodat více než 150 W (takže nebude fungovat). Zatím nevíme, zda v tomto třeba zdroje nebudou tolerantní, ale dle specifikace tedy není ATX 3.0 a konektor 12VHPWR funkčně kompatibilní se starými 12pinovými kartami.

Poznámka: konektor 12VHPWR (HPWR patrně znamená High Power) je čistě 12V. Separátně existuje ve specifikaci PCIe 5.0 také konektor 48VHPWR, který dodává 48V napětí. Ten ale asi bude jen v serverech, v PC se s ním setkávat nebudeme a pro standard ATX 3.0, který 48V větev nespecifikuje, není relevantní. Mimochodem ale standard ATX 3.0 pořád specifikuje prakticky nepoužívanou -12V větev, toto „legacy“ zůstává. Je však nepovinná, takže zdroje ji budou moci vynechat.

Změněné limity napětí a větší tolerance špiček

Nový konektor ale není jediná změna. Intel coby tvůrce specifikace udělal některé další změny, které by dokonce mohly znamenat jistou teoretickou nekompatibilitu s předchozími verzemi.

Významná změna (k lepšímu) je, že specifikace vyžaduje vyšší schopnost zdroje zvládnout špičky odběru i nad jeho nominální kapacitu. Tyto požadavky jsou mírnější pro běžné zdroje do 450 W, ale náročnější pro zdroje s výkonem nad 450 W a s konektorem 12VHPWR pro grafiky. Takové zdroje musí zvládnout dodat 120 % své plné kapacity po dobu 100 ms, 160 % po dobu 10 ms, 180 % na jednu milisekundu a dokonce 200 % nominální kapacity po dobu 100 mikrosekund. Zdroje do 450 W mají mírnější požadavky, maximum je 150 % špička po 100 mikrosekund.

Vyhovění těmto požadavkům dost pravděpodobně bude často vyžadovat nové konstrukce zdrojů a nové součástky schopné toto zajistit. Je to daň za vysoké spotřeby GPU a ještě větší odběrové špičky, které například už u GPU Nvidia Ampere (GeForce RTX 3080, 3090) dělaly problémy řadě zdrojů, které na první pohled měly kapacitou kartám bohatě stačit.

Tolerance podpětí bude větší

Aby zdroje měly lepší šanci tyto špičky vykrýt, byly poněkud rozvolněny limity toho, jak moc se může napětí na 12V větvi odchýlit od ideálních (nominálních) 12 V. Dosavadní standardy předepisovaly u 12V větve, že napětí musí být v rozsahu +- 5 %, tedy od 11,4 V do 12,6 V. Standard ATX 3.0 nemění horní hranici – přípustné přepětí se tedy nezměnilo. Ale dolní hranice (podpětí) je nyní povolena až -7 %, tedy jen 11,16 V.

To předchozí je ovšem jen pro běžné konektory. Na konektorech 12VHPWR pro grafikou kartu, ale také na starších 8pinech a 6pinech pro GPU, je limit rozvolněn ještě víc, na -8%/+5%, takže spodní hranice je podpětí 11,04 V.

Je to právě proto, aby zdroje měly lepší šanci dodat ony vysoké proudové špičky, o nichž byla řeč před chvílí. Při zatížení (vysokém proudu) totiž napětí typicky klesá, takže pokud se povolí trošku vyšší podpětí, vytvoří to větší prostor pro dodání onoho krátkodobě přešvihnutého proudu.

Ze stejného důvodu nyní také specifikace ATX 3.0 povoluje, aby zdroje místo na 12,0V nominální napětí cílily reálně na o trochu víc, místo na 12,0 V na přepětí 12,2 V. To jim opět udělá víc prostoru pro pokles napětí při enormní špičce proudu, protože než se dostanou pod 11,2 V a tím mimo normu, mohou klesnou o celý volt a něco.

Modern Standby a další věci

Specifikace ATX 3.0 toho mění docela hodně v různých detailech, z technického hlediska si toho fandové do zdrojů nebo profesionálové, kterých se tato změna dotýká, budou muset nastudovat docela hodně. Specifikace například obnáší požadavky na podporu tzv. režimů Connected Standby/Modern Standby – kterým říká Alternative Low Power Modes (ALPM). Jde o v nich o to, aby se počítač mohl rychle krátkodobě zapínat i během spánku (místo klasického spánku S3) a zůstávat tak de facto stále online.

Specifikace proto například stanovuje, že zdroj má být uzpůsoben tak, aby byla garantována schopnost vydržet minimálně 175 200 cyklů zapnutí a vypnutí bez poruchy. Nebo je tak doporučeno, aby se ventilátory nespouštěly ihned, ale jen s třeba dvousekundovým zpožděním. Ona krátká aktivace počítače ve spánku během tohoto neustále připojeného režimu vás tedy nebude obtěžovat tím, že počítač začne vydávat zvuky.

Specifikace ATX 3.0 počítá s tím, že opět budou zdroje označovány nálepkami 80+ pro označení energetické efektivity. Ale tentokrát se počítá i s alternativními certifikacemi Cybenetics.

Povinná účinnost při minimální zátěži

Ve specifikaci ale také snad vůbec poprvé bude konkrétní předepsaný požadavek na energetickou efektivitu (účinnost). A to pro nízké zatížení, kde ATX zdroje tradičně nejsou moc dobré a zvyšuje se tím klidová nebo skoro klidová spotřeba PC. Ta je třeba u kancelářských strojů nebo počítačů používaných na browsing internetu a podobnou zábavu nejdůležitější, protože v ní stráví nevíc času. Standard ATX 3.0 bude vyžadovat alespoň 60% účinnost při nízké zátěži a doporučuje se 70%.

Tato nízká zátěž je definována jako 10 W (tedy spotřeba opravdu úsporného desktopu, třeba mini-ITX) pro zdroje do výkonu 500 W (včetně). Pro výkonnější zdroje bude tato účinnost předepisována pro 2% zátěž (takže například pro 2000W „svářečku“ 40 W).

Rychlost náběhu zdroje bude mezi uváděnými parametry

Částečně také kvůli onomu Modern Standby, částečně proto, aby se obecně zrychlil start počítačů, také specifikace u nových zdrojů bude požadovat určité časy. Můžete je vidět v tabulce. Například čas T1 je rychlost, s jakou se zdroj zapne. Dříve měl být do půl sekundy, nově má být méně než 0,2 sekundy a pro ALPM (Modern Standby) se doporučuje méně než 0,15 s. Čas T3 uvádí, za jak dlouho zdroj musí signalizovat „PWR_OK“, tedy že napájení bylo stabilizována do nominálních hodnot, což je signál, na který počítač čeká před svým spuštěním. Tento čas měl být dříve 0,1 až 0,5 sekundy, ATX 3.0 bude vyžadovat 0,1 až 0,25 s.

Jak rychlé zdroje budou ve spouštění, by mělo nově být psáno ve specifikacích, kde podle standardu mají být uváděny právě časy T1 a T3. Pokud pro vás tedy bleskurychlé nabíhání PC (ale i probouzení ze spánku) má význam, můžete se podle těchto čísel v budoucnu řídit. Typicky ale asi samotný boot PC a reakce operačního systému budou faktor zdroje dost převyšovat.

I když je pravda, že vhodně s tímto ohledem optimalizované PC se dokáže probouzet překvapivě bleskurychle, takže u nich už bude zaměření na rychlost samotného zdroje mít význam.

Zdroje: Tom’s Hardware, WCCFtech

Jan Olšan, redaktor Cnews.cz

⠀

• Contents
• Největší změny v ATX zdrojích od roku 2003, konektor 12VHPWR pro grafiky

Flattr this!