ATX 3.0, PCIe 5.0 και 12VHPWR. Απαραίτητα χαρακτηριστικά για την επιλογή ενός future-proof τροφοδοτικού

[insomnia.gr]

Οι ανάγκες τροφοδοσίας ποικίλουν από υπολογιστή σε υπολογιστή, ανάλογα τη πληρότητα της σύνθεσης του αλλά και των ξεχωριστών αναγκών σε τροφοδοσία των υποσυστημάτων του. Έτσι, διαφορετικές απαιτήσεις έχει ένα σύστημα που λειτουργεί με τα ενσωματωμένα στον επεξεργαστή «γραφικά» και άλλες ένα σύστημα με κάρτα γραφικών GeForce RTX 4090.

Οι περισσότεροι χρήστες σήμερα, όταν σκέφτονται να αγοράσουν ένα υπολογιστή ή να αναβαθμίσουν ένα υπάρχον σύστημα, προτιμούν να επενδύσουν τα χρήματα τους σε υποσυστήματα που έχουν κυρίως να κάνουν με την απόδοση και δικαίως θα λέγαμε σε ορισμένες περιπτώσεις. Βεβαίως και είναι κατανοητό να επενδύσει κάποιος χρήστης σε υποσυστήματα, περιφερειακά ή άλλες ακριβές συσκευές για να αναβαθμίσει και να ενισχύσει την ποιότητα εργασίας, την παραγωγικότητα κ.ά. Οφείλουμε ωστόσο να επισημάνουμε ότι ορισμένα εξαρτήματα ή υποσυστήματα που συνήθως «δεν φαίνονται» είναι υπεύθυνα για την εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία του υπολογιστή: ένας τέτοιος «αφανής ήρωας» είναι και το τροφοδοτικό. Όπως συμβαίνει γενικότερα με πολλά προϊόντα, έτσι και στη συγκεκριμένη περίπτωση υπάρχουν τροφοδοτικά και... τροφοδοτικά.

Επιλογή τροφοδοτικού…

Η «δουλειά» του τροφοδοτικού είναι να μετατρέψει το 220V AC (Alternate Current, Εναλλασσόμενο ρεύμα) σε DC (Direct Current, Συνεχές ρεύμα) και να το διαμοιράσει στα διάφορα υποσυστήματα, ανάλογα τις ενεργειακές τους απαιτήσεις. Για να το κάνει αυτό, ένα τροφοδοτικό διαθέτει στο εσωτερικό του ένα υψηλής ταχύτητας «ταλαντωτή» που «χειρίζεται» τη μετατροπή. Αυτό το στοιχείο ονομάζεται Switching Power Supply ή Switching-Mode Power Supply και χρησιμοποιεί ελαφρούς και μικρούς υψηλής συχνότητας μετασχηματιστές για να μετατρέψει το «θορυβώδες» χαμηλής συχνότητας εναλλασσόμενο ρεύμα σε απαλλαγμένο από το θόρυβο συνεχές ρεύμα.

Ένα τροφοδοτικό επίσης «τραβάει» ρεύμα ανάλογα το «power load» δηλαδή τη συνολική απαίτηση σε ισχύ των υποσυστημάτων που απαρτίζουν τον υπολογιστή. Η ισχύς ενός τροφοδοτικού μετριέται σε Watts (W) και ισοδυναμεί με το γινόμενο της έντασης του ρεύματος [I, μονάδα μέτρησης Αμπέρ, Ampere] και της τάσης [V, μονάδα μέτρησης Βολτ, Volt, δηλαδή P=V I [W = VA].  Έτσι, ένα κύκλωμα που διαθέτει ένταση ρεύματος 5A και τάση 5V παράγει 25W ισχύος. Ένα τροφοδοτικό παρέχει τάσεις σε ξεχωριστές γραμμές (lines ή αλλιώς rails) που σκοπό έχουν να εξυπηρετήσουν διαφορετικές ανάγκες τροφοδοσίας για τα διαφορετικά υποσυστήματα ενός υπολογιστή. Έτσι έχουμε τις γραμμές +12V, +5V, -5V, +3,3V και -12V κ.α. Τα περισσότερα σύγχρονα τροφοδοτικά διαθέτουν συμπληρωματικά ακόμη μια γραμμή +12V για τις ανάγκες κάποιων υποσυστημάτων και την βελτίωση της σταθερότητας του συστήματος ενώ οι γραμμές με τις αρνητικές τιμές τάσης εξυπηρετούν παλαιότερου τύπου συσκευές που σπάνια θα βρείτε σήμερα στο εμπόριο.

Στο εμπόριο θα βρείτε μοντέλα με εξαιρετική ποιότητα κατασκευής και εξοπλισμό και που διαθέτουν πολλές και σπουδαίες πιστοποιήσεις από διάφορους φορείς και οργανισμούς αλλά και μοντέλα που μόλις καταφέρνουν και πληρούν κάποια πρότυπα... ασφάλειας. Την ώρα που πολλοί χρήστες όταν αγοράζουν υπολογιστή δεν δείχνουν και ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το τροφοδοτικό εντούτοις υπάρχουν άλλοι που δίνουν αρκετή προσοχή. Ποια είναι τα κριτήρια όμως που πρέπει να λάβεις υπόψη σου πριν την αγορά ενός τροφοδοτικού; Το όνομα και η φήμη ενός κατασκευαστή για παράδειγμα έχει μεγάλη σημασία (πολλές φορές το «καλό όνομα» αρκεί για να κάνεις μία επιτυχημένη αγορά καθώς αποτελεί ένα είδος… εγγύησης κατά κάποιον τρόπο) και η εταιρεία be quiet! έχει φτιάξει «καλό όνομα» με την αξιοπιστία, την ποιότητα κατασκευής και την ήσυχη λειτουργία των τροφοδοτικών της. Καλό λοιπόν είναι να επιλέξετε το προϊόν ενός εξειδικευμένου και με χρόνια πείρας κατασκευαστή.

Η ονομαστική ισχύς αποτελεί επίσης σημαντικό κριτήριο. Το τροφοδοτικό «παρέχει» στα υποσυστήματα του υπολογιστή την ισχύ που χρειάζονται και η κατανάλωση του, είτε σε κατάσταση πλήρους φόρτου του συστήματος, είτε σε κατάσταση ηρεμίας, δεν είναι συνάρτηση -τουλάχιστον στην πλειονότητα των περιπτώσεων- της ονομαστικής ισχύος του. Επομένως, ακόμα και αν αποκτηθεί ένα τροφοδοτικό με αρκετά μεγαλύτερη ονομαστική ισχύ από αυτή που απαιτεί το σύστημα, η κατανάλωση, τουλάχιστον στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι -παρά ελάχιστα ενδεχομένως- μεγαλύτερη (ακριβώς για αυτόν τον λόγο μπαίνει στην εξίσωση ο όρος «αποδοτικότητα»). Το κέρδος ωστόσο -λαμβάνοντας υπόψη ότι το τροφοδοτικό είναι ένα εξάρτημα του υπολογιστή που συνήθως κρατάει για χρόνια- είναι το «future-proof» στοιχείο, όσον αφορά την ονομαστική ισχύ, τον σχεδιασμό, τις συνδέσεις κ.λπ. Ακριβώς για αυτόν τον λόγο, ένα τροφοδοτικό είναι σημαντικό να συνοδεύεται από «πιστοποίηση αποδοτικότητας» και τη σήμανση 80 PLUS®. Είναι σημαντικό να γνωρίζεις ότι το τροφοδοτικό λειτουργεί σωστά και χωρίς απώλειες, ακόμα και όταν βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής (stand-by). Από το 2004 που έχουμε τις προδιαγραφές 80 PLUS® έχουν γίνει σημαντικά βήματα για τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας και τη μείωση της κατανάλωσης.

Οι προδιαγραφές 80 PLUS® με απλά λόγια πιστοποιούν ότι η αποδοτικότητα ενός τροφοδοτικού υπό φορτίο 20%, 50% ή 100% ξεπερνάει το 80%. Λίγα χρόνια μετά -και πιο συγκεκριμένα από το 2009- οι απαιτήσεις για ακόμα πιο αποδοτικά τροφοδοτικά και υποσυστήματα/ εξαρτήματα υπολογιστών αυξήθηκαν και εμφανίστηκαν διάφοροι τύποι-υποκατηγορίες των προδιαγραφών 80 PLUS® όπως οι αυστηρότερες 80 PLUS® Gold και Platinum ενώ το 2012, οι Dell και Delta Electronics παρουσίασαν ένα τροφοδοτικό που πληρούσε τις προδιαγραφές 80 PLUS® Titanium που υποδηλώνουν την υψηλότερη δυνατή αποδοτικότητα.

 Όπως μπορείτε να δείτε και στον πίνακα που παραθέτουμε, οι προδιαγραφές 80 PLUS® υποδηλώνουν αποδοτικότητα τουλάχιστον 80% σε φορτίο 20%, 50% και 100% με τις προδιαγραφές 80 PLUS® Bronze να υποδηλώνουν αποδοτικότητα 82%, 85% και 82% στα παραπάνω φορτία. Οι προδιαγραφές 80 PLUS® Silver υποδηλώνουν ότι ένα τροφοδοτικό έχει αποδοτικότητα 85%, 88% και 85% στα παραπάνω φορτία ενώ οι 80 PLUS® Gold φτάνουν ακόμα και το 90% υπο φορτίο 50%. Οι προδιαγραφές 80 PLUS® Platinum υποδηλώνουν αποδοτικότητα 90%, 94% και 91% στα φορτία 20%, 50% και 100% ενώ οι ανώτερες προδιαγραφές 80 PLUS® Titanium υποδηλώνουν αποδοτικότητα 94%, 96% και 91%.

 

Οι προδιαγραφές ασφαλείας είναι επίσης ένα σημαντικό κριτήριο για την αγορά ενός τροφοδοτικού και τα μοντέλα που είναι τύπου ATX 3.0 -όπως το Straight Power 12 1000W της be quiet! για παράδειγμα- είναι από τα πλέον τα ασφαλέστερα στον κόσμο (στο πρότυπο ATX 3.0 αναφερόμαστε παρακάτω). Ένα σύγχρονο τροφοδοτικό θα πρέπει να καλύπτει προδιαγραφές και να έχει πιστοποιήσεις από διάφορους διεθνής οργανισμούς και φορείς (π.χ. BSMI, CB, CCC, CE, cTUVus, CU, FCC, RCM, TÜV, UKCA και Energy Star, ErP, WEEE, RoHS και Triman) ή εργαστήρια και να διαθέτει πολλές προστασίες (π.χ. προστασία υπό υπερθέρμανση, από υπερτάσεις κ.ά.). Ανάμεσα στις προστασίες που πρέπει να διαθέτει ένα τροφοδοτικό είναι οι OTP (Over Temperature PrCotection), OCP (Over Current Protection), OPP (Over Power Protection), SCP (Short Circuit Protection), OVP (Over Voltage Protection), UVP (Under Voltage Protection) και SIP (Surge & Inrush Protection).

Ο θόρυβος είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας για την επιλογή ενός τροφοδοτικού. Προτιμήστε τροφοδοτικά με μεγάλους, ειδικά σχεδιασμένους ανεμιστήρες τουλάχιστον 120 mm που είναι ελεγχόμενοι (PWM). Για παράδειγμα, ο ανεμιστήρας του Straight Power 12 1000W είναι τύπου Silent Wings με διάμετρο 135 mm, χρησιμοποιεί υδροδυναμική τεχνολογία ρουλεμάν (FDB), έχει άνοιγμα σε σχήμα χοάνης για να εισέρχεται περισσότερος αέρας στο εσωτερικό του και να μην δημιουργούνται θορυβώδεις στροβιλισμοί και μπορεί να περιστραφεί έως στις 2.100 rpm και είναι σε πρακτικό επίπεδο αθόρυβος (7.7-8 dB(A) από 10% έως 50% φορτίο και 28,9 dB(A) σε φορτίο 100%.

Η αγορά ενός τροφοδοτικού εξακολουθεί να κρύβει «παγίδες» και αυτό διότι το συγκεκριμένο υποσύστημα είναι έτσι κατασκευασμένο ώστε «να μην επιτρέπει» την εξέταση του εσωτερικού του (είναι σφραγισμένο για ευνόητους λόγους). Ευτυχώς, ορισμένοι κατασκευαστές -όπως η be quiet!-παρέχουν φωτογραφίες του εσωτερικού των προϊόντων τους εξηγώντας σε πολλές περιπτώσεις την τοπολογία και τον τρόπο λειτουργίας των τροφοδοτικών τους. Το Straight Power 12 1000W κάνει χρήση της τοπολογίας «Full Bridge + LLC + SR (Synchronous Rectifier) + DC-to-DC» στην οποία χρησιμοποιούνται ελεγκτές IC αντί για παθητικά στοιχεία παλαιότερης τεχνολογίας. Η be quiet! αξιοποίησε ελεγκτές (ολοκληρωμένα) για να παρακολουθούν αδιάκοπα την εισερχόμενη και εξερχόμενη τάση προσαρμόζοντας τις παραμέτρους των ζωτικών εξαρτημάτων στην κατάλληλη κατάσταση φορτίου.

Στη περίπτωση του Straight Power 12 1000W, όπως μπορείτε να καταλάβετε και από την ονομασία, η ονομαστική ισχύς είναι 1000W με το Max. combined power 12V (W) να είναι 999,6 W και υποστηρίζει single-rail λειτουργία 12V. Η be quiet! υποστηρίζει -καθώς πρόκειται για ένα τροφοδοτικό ATX 3.0- ότι ακόμα και αν η κάρτα γραφικών απαιτήσει ξαφνικά παραπάνω ισχύ για μικρή χρονική περίοδο, το τροφοδοτικό μπορεί να τη διαχειριστεί με άνεση, καθώς μπορεί να διαχειριστεί και να προσφέρει στιγμιαία έως και τη διπλάσια ισχύ από την ονομαστική του.

 

 

Το παραπάνω επίσης τροφοδοτικό της be quiet! διαθέτει υψηλής ποιότητας Ιαπωνικούς πυκνωτές 105°C, κάτι που δείχνει εν μέρει τη σημασία που δίνει η εταιρεία στα εξαρτήματα που τοποθετεί στο εσωτερικό των προϊόντων της (η εταιρεία μάλιστα προσφέρει 10ετή εγγύηση). Επιπλέον, το συγκεκριμένο τροφοδοτικό διαθέτει αρθρωτή σχεδίαση όσον αφορά τις καλωδιώσεις (modular design). Η αρθρωτή σχεδίαση δεν είναι «απαραίτητη», είναι όμως εξαιρετικά χρήσιμη. Η διαχείριση των καλωδιώσεων στο εσωτερικό του υπολογιστή είναι ευκολότερη (απλώς χρησιμοποιείτε τα καλώδια που είναι απολύτως απαραίτητα) με την αρθρωτή σχεδίαση, χαρακτηριστικό που έχει δύο πλεονεκτήματα: τα καλώδια δεν εμποδίζουν τη σωστή κυκλοφορία του ρεύματος αέρα στο εσωτερικό του υπολογιστή και δεν δημιουργούν στροβιλισμούς που έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερα επίπεδα θορύβου.

Τέλος, πριν αγοράσετε κάποιο μοντέλο τροφοδοτικού, καλό θα ήταν να το «ψάξετε» λίγο στο διαδίκτυο ή και να διαβάσετε κάποια αξιολόγηση-review. Για παράδειγμα, στην περίπτωση που το προϊόν έχει «βγάλει» κάποιο πρόβλημα ή είναι «ανεπαρκές» κάποιοι χρήστες ή reviewers θα παραπονέθηκαν για αυτό σε κάποιο φόρουμ ή ιστοσελίδα. Εκτός από την αγορά ενός ποιοτικού τροφοδοτικού, καλό θα ήταν να σκεφτείτε και την αγορά ενός UPS [ειδικά αν είστε επαγγελματίας].

Τι είναι το ATX 3.0;

ATX σημαίνει Advanced Technology Extended. Πρόκειται για ένα πρότυπο σχεδιασμού που περιλαμβάνει προδιαγραφές για κουτιά υπολογιστών, μονάδες τροφοδοσίας, μητρικές πλακέτες και άλλα. Οι προδιαγραφές δημοσιεύονται από την Intel εδώ και περίπου 27 χρόνια (από το 1996).

Η έκδοση 3.0 του προτύπου ATX διατέθηκε τον Φεβρουάριο του 2022 και περιγράφει -μεταξύ άλλων- τις απαιτήσεις για τροφοδοτικά σε συνάρτηση με τις προδιαγραφές που ορίζονται από το νέο πρότυπο PCI Express 5.0.

Η υψηλή κατανάλωση ενέργειας και οι ξαφνικές αλλαγές στα φορτία δεν είναι κάτι νέο και έχουν ήδη ληφθεί υπόψη στο σύνολο προδιαγραφών του προτύπου ATX 2.x. Οι απαιτήσεις που έχουν καθοριστεί έως σήμερα είναι ήδη σημαντικές. Για παράδειγμα, ένα τροφοδοτικό ATX 2.4 υποτίθεται ότι είναι ικανό να διαχειρίζεται τις πολύ γρήγορες (παροδικές) αλλαγές φορτίου, όπως για παράδειγμα από το 20% έως και το 100% της έντασης του ρεύματος στην έξοδο για τις κάρτες γραφικών. Παρόλα αυτά, υπάρχει ένα κενό στις προδιαγραφές σχετικά με τις στιγμιαίες «κορυφώσεις» του φορτίου (lead peaks) καθώς το ATX 2.4 δεν ορίζει τιμές πάνω από την ονομαστική ισχύ. Τα τροφοδοτικά ATX 2.4 μπορούν συνήθως να απορροφήσουν υψηλότερα load peaks σε πραγματική χρήση, αλλά δεν έχει οριστεί κάποιο καθορισμένο μέγιστο.

Οι κατασκευαστές τροφοδοτικών συχνά είναι απαραίτητο να αναπροσαρμόζουν τις προδιαγραφές για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των σύγχρονων καρτών γραφικών. Με την έλευση ωστόσο του πρότυπου ATX 3.0. για πρώτη φορά ορίζονται τιμές-στόχοι άνω της ονομαστικής ισχύος του τροφοδοτικού. Έτσι, οι συνδέσεις PCIe για τις κάρτες γραφικών πρέπει να επιτρέπουν αλλαγές φορτίου έως και τριπλάσιες σε κατανάλωση ενέργειας. Για παράδειγμα, στην περίπτωση ενός υπολογιστή που διαθέτει τροφοδοτικό 1.200 W και κάρτα γραφικών 600 W, τα 300 W προορίζονται για τη CPU και τα υπόλοιπα 300 W προορίζονται για τα υπόλοιπα εξαρτήματα του υπολογιστή. Το τροφοδοτικό στο παραπάνω παράδειγμα θα πρέπει να μπορεί να διαχειριστεί ισχύ (3 x 600 W) +300 W + 300 W, δηλαδή συνολικά 2.400 W για πολύ μικρά χρονικά διαστήματα.

Και σε αυτό το σημείο είναι που διαφέρουν περισσότερο τα τροφοδοτικά ATX 3.0 και ATX 2.X. Ένα τροφοδοτικό ATX 3.0 όχι μόνο εγγυάται σταθερή ονομαστική ισχύ αλλά εγγυάται και την απορρόφηση μεγάλων load excursions και peaks άνω της ονομαστικής ισχύος του. Τα τροφοδοτικά ATX 2.X δεν μπορούν να κάνουν κάτι τέτοιο. Ακριβώς για αυτόν τον λόγο, ειδικά αν σκοπεύετε να αποκτήσετε έναν νέο υπολογιστή με σύγχρονο hardware είναι απαραίτητη η αγορά ενός τροφοδοτικού που να ακολουθεί τις προδιαγραφές του προτύπου ATX 3.0. Μία εξαιρετική αγορά είναι το Straight Power 12 1000W για παράδειγμα. Το συγκεκριμένο τροφοδοτικό καλύπτει όλες τις σύγχρονες προδιαγραφές ασφάλειας, μπορεί να διαχειριστεί με άνεση τις ξαφνικές αλλαγές του φορτίου και είναι future-proof ώστε να μπορείτε να το διατηρήσετε στον εξοπλισμό σας για αρκετά χρόνια… αναβαθμίσεων ακόμα.

 

PCIe 5.0 και 12VHPWR

Μία από τις πλέον αξιοσημείωτες αλλαγές για κατασκευαστές και χρήστες στις προδιαγραφές PCIe 5.0 και ATX 3.0 είναι ο νέος connector 12VHPWR. Ο συγκεκριμένος παρέχει σημαντικά μεγαλύτερη ισχύ και είναι υποχρεωτικό να υπάρχει στον εξοπλισμό των τροφοδοτικών ATX 3.0 ισχύος 450 W και άνω. Η τελευταία φορά που παρουσιάστηκαν νέες υποδοχές ή connectors PCIe ήταν το 2013 με την 2η (v2.0) του προτύπου. Η υποδοχή τροφοδοσίας 8-pin PCIe είχε τη δυνατότητα να παρέχει σε μία κάρτα γραφικών έως και 150 W ενώ η γνωστή 6-pin υποδοχή είχε καθοριστεί να παρέχει μόνο έως 75 W. Οι πιο απαιτητικές κάρτες γραφικών χρειάζονταν έως και τρεις τέτοιες υποδοχές τροφοδοσίας. Ο νέος connector 12VHPWR είναι πολύ πιο συμπαγής και παράλληλα εξαιρετικά ικανός: μπορεί να παράσχει έως και 600 W ισχύος μέσω ενός μόνο βύσματος. Διαθέτει 12-πυρήνες για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος (6 x 12V και 6 x γείωση) καθώς και 4 x γραμμές σήματος που χρησιμεύουν ως διεπαφή επικοινωνίας μεταξύ του τροφοδοτικού και της κάρτας γραφικών.

 

 

Οι νέες αυτές «αισθητήριες γραμμές» του νέου connector 12VHPWR βελτιώνουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του τροφοδοτικού και του υπολογιστή. Ένα τροφοδοτικό ATX 2.X δεν γνωρίζει εάν και πόσες συσκευές είναι συνδεδεμένες σε αυτό. Οι κάρτες γραφικών δεν λαμβάνουν επίσης καμία πληροφορία από το τροφοδοτικό. Όμως, στην περίπτωση ενός τροφοδοτικού ATX 3.0 που διαθέτει υποδοχή 12VHPWR τα πάντα λειτουργούν «έξυπνα». Χρησιμοποιώντας τους ακροδέκτες-αισθητήρες, το τροφοδοτικό μπορεί να επικοινωνήσει τη μέγιστη ισχύ του μέσω των SENSE0 και SENSE1.

Το μέγιστο φορτίο του 12VHPWR καθορίζεται σε τέσσερα βήματα, από 150W, 300W, 450W έως 600W. Από την άλλη πλευρά, στις προδιαγραφές του προτύπου PCIe 5.0 δηλώνεται ρητά ότι η συνεχής κατανάλωση ισχύος 600W δεν πρέπει να ξεπερνιέται από την συνδεδεμένη κάρτα γραφικών. Αναλόγως του τρόπου που καθορίζεται το μέγιστο επιτρεπόμενο φορτίο (π.χ. από το τροφοδοτικό ή το καλώδιο τροφοδοσίας), η κάρτα γραφικών δεν θα «επιχειρήσει» να το υπερβεί αλλά θα μπορεί να λειτουργεί με μειωμένη απόδοση ή απλώς να μην λειτουργεί σωστά αν η ισχύς του τροφοδοτικού είναι χαμηλότερη από τις απαιτήσεις της. Χάρη στις προδιαγραφές PCI Express 5.0 και ATX 3.0 και τους σαφείς ορισμούς σχετικά με την κατανάλωση ενέργειας, οι κατασκευαστές τροφοδοτικών -και οι ομάδες ανάπτυξης/προγραμματισμού τους- έχουν πλέον σαφείς οδηγίες και παραμέτρους που πρέπει να τηρούν τα τροφοδοτικά τους.  

Σήμερα, η αγορά ενός τροφοδοτικού που ακολουθεί τις προδιαγραφές ATX 3.0 και PCIe 5.0 και ενσωματώνει τον νέο connector 12VHPWR είναι απαραίτητη αν επιθυμείτε μεγαλύτερη ασφάλεια, ανώτερη ενεργειακή αποδοτικότητα και διάρκεια κύκλου ζωής.