在不久之前的 ARC 發佈會上 INTEL 提到自家制定的規範一直被業界廣泛採用,深受肯定,但是當時並沒有提到 ATX 架構規範。INTEL 於 2022 年 3 月公開其最新的桌上型多路電源規範架構 ATX12V3.0,並上傳該設計指南檔案至官網,指南內列出多項新要求。2022 年 4 /13 外國媒體 PCWORLD 訪談 INTEL PLATFORM POWER SPECIALIST STEPHEN EASTMAN 關於他所負責的 ATX 3.0 新電源規範版本。
本文主要撮要約兩小時內關於 ATX 3.0 & 12VHPWR 的訪談部份,並以 INTEL ATX Version 3.0 Multi Rail Desktop Platform Power Supply Design Guide (下稱檔案) 作補充。以下內容是在短時間內艱苦地理解得出的結論,由於仍在學習電源供應的相關基礎知識,本文內容如有錯誤一切以 INTEL 檔案和其訪談原字原句為準,雖然沒有英語字幕相當可惜,但該訪談絕對值得一看。
關於 ATX 3.0 電源規範
ATX 簡史
按網上資料顯示 ATX 規範由 INTEL 一手創立,但事實似乎並非如此。STEPHEN EASTMAN 表示 ATX 規範自 1995 年起由 INTEL 擁有,ATX 原先並非屬於 INTEL。ATX 包含多個層面,包括有主機板的 ATX,電源供應器的 ATX,機殼的 ATX 等等,這次 INTEL 大改的是電源供應器的 ATX。INTEL 在 2003 年將 ATX 電源規範更新至 ATX 2.0,往後亦有多版小改,例如 ATX 2.31。
事隔約 19 年,在 2022 年 INTEL 再次提出重大更新,稱之為 ATX 3.0,專為桌上型平台多路電源供應器而設。INTEL 較早之前經已推出 ATX12VO (ATX 12V ONLY) 的全新架構,12V ONLY 意指整個電源供應器內只提供 12V。這次 ATX 3.0 的多路是指 12V / 5V / 3.3V 這種多路設計,而非一般所謂的多路 = 多路 12V (VS. 單路 = 單路 12V)。
SFX TFX ???
這次的 ATX 3.0 電源規格更新 INTEL 並沒有改變其機械設計 (沒有改變 ATX 電源供應器的標準大小和尺吋),而是針對其電子電路設計定出新標準以及新要求。換句話說,目前被受重視的 SFX 電源供應器同樣能夠跟進 ATX 3.0 內的新要求,變得更好更強。
海納百川
雖然一直以來 INTEL 定下多種規範且被廣泛採用,但這不代表 INTEL 強迫業界所有廠商採用其自家規格。STEPHEN EASTMAN 解釋 INTEL 只是建議廠商按下一代新平台的特性作出相應改進,而 ATX 3.0 有助各廠商了解和滿足下一代新平台的要求。
這次的 ATX 3.0 INTEL 大概花了 6 至 9 個月時間建立,期間與多個合作夥伴 (電源廠商、顯示卡廠商、PCI SIG 組織、PCIe CEM WORKING GROUP 等等) 緊密溝通尋求意見回饋,所以 ATX 3.0 可以視為整個業界共同制訂,並由 INTEL 領導的最新改版,其中更有不少內容部份由 PCI SIG 組織 (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) 和 PCI Express* Card Electromechanical (CEM) Working Group 決定。
訪談中 STEPHEN EASTMAN 多次提及 ATX SPEC 和 CEM SPEC,前者是關於電源供應器的規格,而後者是關於 PCIe 設備設計的規格。
ATX 3.0 買下去就對了?
近二十年來最大改版的 ATX 3.0 花了不少篇幅講述下一代 PCIE 擴充卡 (主要是顯示卡) 的電路特點,文件內一整個章節 (CHAPTER 3) 都在描述顯示卡日益嚴重的 POWER EXCURSION 特性。
STEPHEN EASTMAN 解釋這是以往從未如此深入探討過的內容部份,由 PCIE CEM SPEC 主導,他明確表示 ATX 3.0 就是為了下一代系統,特別是下一代顯示卡等等的 PCIE 擴充卡而制定。所以若消費者打算升級至下一代平台,便需要專門設計的 ATX 3.0 的電源供應器。
新世代 PCIE 5.0 12VHPWR
設計制定
ATX 3.0 規範內將 PCIE AUXILIARY POWER 輔助供電更新至 5.0 版本,稱之為 PCIE 5.0,但全新的 PCIE 5.0 12VHPWR (PCIE5.0 12V HIGH POWER) 並非由 INTEL 自行設計,而是由 PCI SIG 與 PCIE CEM WORKING GROUP (CEM WG) 負責,再由 INTEL 納入至 ATX 3.0 內成為新標準,INTEL、AMD、NVIDIA 等等均是 PCI SIG 組織的一員。
定義規範
12VHPWR (即 12V HIGH POWER) 為 12+4 針的單一接頭設計,一般來說 PCIE 6PIN 內有 3 根 12V (和 2 根接地 + 1 根偵測),而 PCIE 8PIN 亦有 3 根 12V (和 3 根接地 + 2 根偵測)。全新的 12VHPWR 有 6 根 12V,6 根接地,最後是 4 根訊號 (偵測) 針 (SIDEBAND SIGNALS)。12VHPWR 能夠提供高達 600W 功率予顯示卡等 PCIE 設備,而 PCIE 8PIN 能夠提供 150W,6PIN 能夠提供 PCIE 75W。
尺寸體積
PCIE5.0 12VHPWR 的大小尺吋與我們常用的 1 個 8PIN (8PIN 又名"2x4") 組合相似,因為該 12VHPWR 的 4 針是疊在 2x6 之上。被問到為何不將 12VHPWR 設計得更細緻以節省電路板所需佔用的空間時,INTEL 表示他們曾考慮把 12VHPWR 做得更小,但是最終因為考慮到在 ATX 3.0 內的 12VHPWR 有需要輸出更高的電流,故規定採用 (比以往 PCIE 6PIN 和 8PIN) 更高規格的線材 (更粗) 和針腳,所以無法過度縮小12VHPWR 的整體尺吋。
全新 SIDEBAND SIGNAL PINS
INTEL 稱 12VHPWR 的 4 針為 SIDEBAND SIGNALS,電源供應器廠商可透過 12VHPWR 內 4 針 SIDEBAND SIGNAL PINS 之中的 SENSE 0 PIN 和 SENSE 1 PIN 以不同的組合設定 (GROUD 與 OPEN) 來定出 150W / 300W / 450W / 600W 共四種功率水平,藉此控制和告知顯示卡所能夠從中獲取的最高 (輔助) 供電水平。 INTEL 要求 ATX 3.0 的電源供應器在提供 12VHPWR 時必須至少接上 SENSE 0 與 SENSE 1,以決定顯示卡能獲取的功率水平,這兩針 SIDEBAND SIGNALS 在出現高階顯示卡 (如 550W 持續功耗) 搭配相對地低功率的 ATX 3.0 額定電源供應器 (如 650W) 的時候,能夠確保從電源供應器層面從一開始就限制顯示卡能夠獲取的最高功率,確保系統穩定。
由於非 ATX 3.0 的電源供應器未曾有過相關的設定要求和設計,所以在 ATX 2.XX 的電源供應器上使用轉接線以插上 12VHPWR 時,或有機會因為沒有正確設定 SENSE 0 和 SENSE 1,而導致最終只能提供 150W 最低功率水平予 PCIE 擴充卡 (如顯示卡)。STEPHEN EASTMAN 明確地指出若沒有按規定接上 SENSE0 和 SENSE1,預設的功率將被限制於 150W,而這功率水平相信相會大幅降低高階 (高功耗) 顯示卡的性能,令使用體驗變差。
而其餘兩 PIN SIDEBAND SIGNALS 分別是 CARD_PWR_STABLE 和 CARD_CBL_PRES#,前者用於讓 PCIE 設備告知電源供應器目前接上的 PCIE 設備的電路運作正常,後者同樣用以告知電源供應器系統內的 PCIE 擴充卡有沒有被正確地插上,以及系統內 (主機板上) 一共有多少個 (支援 12VHPWR 的) PCIE 設備,好讓電源供應器按需要調整其一個或多個 12VHPWR 的輸出水平,額外新增的 4 針訊號針腳有助確保未來高功耗平台系統運作穩定。
輸出水平要求
ATX 3.0 要求 12VHPWR 內每根 12V 達 9.2A,高於我們常見的 PCIE 6PIN (8A 要求) 和 PCIE 8PIN (7A 要求),線材方面 ATX 3.0 要求 12VHPWR 內的 12V 與接地均要用上 16AWG 線材,其餘 4 針 SIDEBAND SIGNALS 要求為 28AWG 線材。
以往的 PCIE 6PIN 和 PCIE 8PIN 的電流針腳其線材 AWG 要求是 18AWG,AWG 數值越低越好,同時越低代表線身越粗,與 PCIE 6PIN 和 PCIE 8PIN 作比較,INTEL / CEM WG 其實沒有在 12VHPWR 新接頭上大幅增加 12V 針和接地針的數量以提供更高功率,而是透過要求採用更高規格的接頭 (CONNECTOR)、針腳 (PIN)、線材 (WIRE)、和電源供應器 (POWER SUPPLY) 來綜合增強 12VHPWR 的功率輸出水平。
PS. 據了解,現今不少高階顯示卡所採用的 PCIE 6PIN 和 PCIE 8PIN 其輸出能力均遠高於 75W / 150W,EVGA 前工程師 TIN (ILLYA TSEMENKO) 曾表示 PCIE 8PIN = 150W 上限是常見的誤解,TIN 指出實際上高規格的 PCIE 8PIN 接頭 (Molex 26-01-3116) 能夠提供高達 306W (3*8.5A*12V,18AWG) 的水平,甚至更多 (468W = 3*13A*12V,16AWG),所以雙 PCIE 8PIN Molex 26-01-3116 用上 16AWG 時能夠達到 936W,遠高於同樣有 6*12V + 6* 接地的 12VHPWR 由 CEM SPEC 所定下的 600W 最高輸出。
而另一方面,某顯示卡廠商 (非 EVGA) 的 RTX 3090 非公版型號僅採用雙 PCIE 8PIN 設計,但其 BIOS 內的 POWER LIMIT 卻被設定為 390W,已經超出所謂 150+150+75 = 375W 的上限,由此可見,似乎 INTEL 和 PCIE 組織均未能制衡顯示卡方面的功耗上升,所以選擇從電源供應器著手,是為 ATX 3.0,當更高規格的 12VHPWR (非公?) 接頭推出,12VHPWR 或許將成為最終贏家。
12VHPWR 轉接線符合 ATX 3.0?
目前 NVIDIA RTX 3090 Ti 所附送的 12VHPWR 轉 3*8PIN 的轉插線材其實不在 INTEL ATX 3.0 規範之內,亦不在 PCIE CEM 規範之內,INTEL 沒有明文禁止或建議使用,甚至跟本沒有提到轉接線。STEPHEN EASTMAN 認為使用轉插線的人 / 廠商需要確保該轉插線符合要求,一般消費者未必知道從某處買到很好看的 12VHPWR 轉接線的針腳定義和規格 (其 SENSE0 和 SENSE1 的設定如何),亦會失去 SIDEBAND 其餘兩針的功能,所以若要使用最好選用原廠附送的轉接線。
業界反饋
STEPHEN EASTMAN 特別指出該 12VHPWR 的初版設計與最終版本有著細微的差異,按業界內部測試回報,由於 12VHPWR 的 SIDEBAND SIGNALS PINS 較為細緻 (28AWG),在按壓和拔插時該 4PIN 的位置為主要受力點之一,故有一定的損壞機會,INTEL 最終決定加厚該 4 針的外圍,以確保在拔插時不易壓壞 12VHPWR 插頭,延長其使用壽命。
12VHPWR 外觀很醜?
ATX 3.0 對 PCIE 12VHPWR 內的針腳有不同的 AWG 線材要求,所以 12VHPWR 內部的線材粗細度亦有不同,這將會困擾不少使用定制線的使用者,甚至有人問為什麼不把 SIDEBAND SIGNALS PINS 做成 1 根就好了。
INTEL 表示他們所著重的是能夠被廣泛採用而且能夠切合不同需要的使用者,當中包括有多卡需求的工作站,12VHPWR 需要滿足高功耗的顯示卡,以 4 根 SIDEBAND PIN 為不同級別的顯示卡訂下不同的 12VHPWR 功率 (600W / 450W / 300W / 150W)。
雖然著重外觀的消費級市場玩家不是 INTEL 在制定 ATX 3.0 時的首要考量,但 INTEL 仍然安慰這些玩家,表示 ATX 3.0 12VHPWR =1 根線,比起以往雙 8PIN 或目前的 3*8PIN 更為精簡。
高功耗顯示卡搭配低功耗電源供應器
STEPHEN EASTMAN 表示據他所知在這種情況下,顯示卡應該只會以較低的 POWER STATE (實際運作的核心頻率較低) 運作,而不會直接導致不開機沒畫面。
顯示卡、主機板廠商或 NVIDIA 也許能夠以 DRIVER 或 BIOS 提醒使用者,目前所使用的電源供應器未能完全滿足其顯示卡的需要可能會導致顯示卡效能無法完全發揮,INTEL 並未設下相關限制,表示會交由廠商自行決定要如何提醒使用者,STEPHEN EASTMAN 樂見廠商主動提醒使用者,目前所使用的組合有可能導致較差的使用體驗。
12VHPWR 原廠線材
INTEL 建議使用者在安裝電源供應器時,可留意該 12VHPWR 插頭上的標示,以判別該電源供應器實際支援的顯示卡功耗水平,當使用者無法從外觀上判定 SENSE 0 和 SENSE 1 各自被設定在 GROUND 或是 OPEN 時,就未必能夠單從線材本身得知其支援的功率水平,而這種提醒標示是由電源供應器廠商主動回饋後被 INTEL 採納的做法。
若有雙 600W 顯示卡需求的使用者,可能要選購 1600W 或以上的電源供應器,在 INTEL 的 ATX 3.0 檔案內除了提到 12VHPWR 亦有提到 48VHPWR,那是為專門的工作站使用者而設計。
STEPHEN EASTMAN 提到在現今不少電源供應器上其實沒有指定專用的 PCIE 連接埠和 CPU EPS 連接埠,一組 PCIE 8PIN 原廠線材可以隨意插進其中一個標示為 "CPU & PCI-E" 的 8PIN 連接埠,但 12VHPWR 乃全新設計的 16PIN (12+4),消費者更不容易混淆這種 12VHPWR 線材該插進電源供應器上的哪一個連接埠上。
而如果 ATX 3.0 電源供應器選擇提供兩個 12VHPWR,STEPHEN EASTMAN 建議電源供應器廠商主動在線材上標示出兩個 12VHPWR 分別支援多少功率。
伺服器專用 48VHPWR?
在 ATX 3.0 檔案內除了提到 12VHPWR 亦有提到 48VHPWR (48V HIGH POWER),那是 PCIE CEM 組織專門為伺服器系統和部份工作站系統而設計,STEPHEN EASTMAN 不認為一般使用者會有機會用到該 48VHPWR。
要留意提供 12VHPWR 的電源供應器
STEPHEN EASTMAN 提醒在選購電源供應器時,要留意的並非是否提及 PCIE5.0 12VHPWR 支援,而是 ATX 3.0,目前市面上有些電源供應器以 PCIE5.0 作宣傳,但其實不代表該電源供應器必然同時符合 ATX 3.0 規範內各項要求。
有些電源供應器在其官網介紹頁面上和實物包裝正面上寫上"PCIE GEN 5 COMPLIANT" // "SUPPORT PCIE GEN 5.0 GRAPHICS CARD",而在包裝背面卻寫上"INTEL FORM FACTOR ATX 12V V2.31",最近亦有報導指某品牌的 1000W 電源供應器型號所提供的 12VHPWR 從原本指定 600W 突然降至 450W,而其網上規格表中僅寫上"ATX12V"。
12VHPWR 支援最高 600W,有 4 針 SIDEBAND SIGNALS 用作讓電源供應器與顯示卡等 PCIE 設備溝通,但其實 ATX 3.0 有更深入更嚴謹和更多的要求。
究竟什麼是 ATX 3.0
3X = 1800W 顯示卡!
STEPHEN EASTMAN 強調 ATX 3.0 旨在針對 POWER EXCURSION (亦即是我們較為常用的瞬間峰值功耗 POWER SPIKE // PEAK POWER),而非單純要求採用 12VHPWR 的外在設計和提供 600W 功率。ATX 3.0 的 POWER EXCURSION 特性和相應的要求主要由 PCIE CEM 組織決定,他們指出下一代顯示卡的 POWER EXCURSION (100 microseconds) 有機會達到 3 倍其持續 (1 second) 功率水平,換句話說,下一代的顯示卡有機會達到 600W 持續 (1s) 功耗水平,而一張 (持續) 600W 的顯示卡或有機會在極短時間 (100μs) 內衝上 1800W,是為 3X。
所以當選用一款支援 PCIE5.0 12VHPWR 但未符合 ATX 3.0 的電源供應器 (即現時常見的 ATX12V 2.XX),在應對未來可能出現的 600W 顯示卡時,有機會因為不能在極短時間內 (100μs) 支撐其 3X 瞬間功耗 (POWER EXCURSION) 而掉壓,甚至導致系統硬體損壞或直接斷電。
PCIE5.0 12VHPWR 接頭很重要,其 600W 功率能力可看為持續水平 (1 SECOND),但 ATX 3.0 規範中的 POWER EXCUSRION 更為重要,因為 ATX 3.0 意味電源供應器有能力處理下一代顯示卡在未來有機會出現的嚴重 POWER EXCURSION。
另外 STEPHEN EASTMAN 在回應 EPS 規範的提問時講到,目前的 EPS 規範並未引入 POWER EXCURSION 特性,所以消費者應該以 ATX 3.0 作為下代平台的選購標準。
ATX 3.0 VS. ATX 2.0
750W = 1100W?
按 STEPHEN EASTMAN 測試和推算,若要能夠應付達 300W 持續功耗 (1s) 的顯示卡,及以及能夠在極短時間 (100μs) 內應付其 900W 峰值功耗,目前 ATX12V 2.XX 的電源供應器需要有大概 1100W 額定功率值,而符合 ATX 3.0 的電源供應器在同樣條件下只需要有 750W 額定功率值。STEPHEN EASTMAN 認為 750W ATX 3.0 應該會比 1100W ATX 2.XX 便宜。
INTEL 披露自家 CPU 的峰值水平
INTEL 在檔案中提供其自家 CPU 峰值功耗水平的資料,65W TDP CPU 能達到 34A (*12 = 408W),而 125W TDP CPU 能達到 39A (*12 = 468W),STEPHEN EASTMAN 坦誠地指出自家 CPU 亦有 POWER EXCURSION 的特性,(他家) 顯示卡亦然,所以該關注的不只是持續功耗,ATX 3.0 更著重在 POWER EXCURSION 上,亦即瞬間峰值功耗,而顯示卡的 POWER EXCURSION 特性會比其他硬體設備來得更兇猛。
PS. 據了解 INTEL 有在其內部公開的檔案中明確標示出第 12 代 CPU 的 PL2 和 PL4,據報 i9-12900K PL4 接近 350W,以此計算 INTEL CPU 的峰值特性並不算太誇張。
瞬間峰值功耗存在已久
之所以會制定 ATX 3.0 和重點關注 POWER EXCURSION 的問題,是因為 INTEL 和 PCIE CEM 組織留意到近代不少顯示卡因為瞬間功耗的問題導致電腦不穩甚至斷電,大概是由 AMD VEGA 起,電腦玩家群開始討論和研究顯示卡的瞬間峰值功耗問題,並為此不停爭辯電源供應器的額定功率大小與處理瞬間功耗的能力兩者之間的關係,甚至有人認為跟本不存在瞬間峰值的問題。
當時曾有電源供應器廠商公開指出,其自家某電源供應器因為在最初的過流保護點和觸發時間設定得 "比較靈敏",導致選用其 550W 額定功率電源供應器的玩家在使用時有機會遇上 600W 瞬間峰值的 VEGA 56 時,出現電腦重啟或斷電的問題。
以往的 ATX 電源規範未曾強調 POWER EXCURSION
STEPHEN EASTMAN 分享他在翻查以往多版 ATX 規範時發現,INTEL 曾在其中一版 ATX REVISION 上要求電源供應器該在極短時間內支撐起其 110% 的功率水平,他指出現今市面上比較好的 ("GOOD ONES") 電源供應器,大概能夠在極短時間內支撐起 120% ~ 130% 的額定功率水平,"CHEAP ONES" 則未必有此等水平,經 INTEL 測試這種 GOOD ONES 大概會在 135% 時觸發保護而斷電。
ATX 3.0 的 2X 要求
INTEL 以 2X 戰 3X
前面提及 PCIE CEM SPEC 明確標示下一代顯示卡能達 600W 持續功耗 (1s),而瞬間峰值功耗 (100μs) 可達 1800W (即 3X),2022 年由 STEPHEN EASTMAN 所制訂的 ATX 3.0 要求電源供應器 (在提供 12VHPWR 時) 達到 200% 額定功率值,以應付下一代平台系統的瞬間峰值功耗 POWER EXCURSION。
雖然下一代的顯示卡在極短時間內 (100μs) 有機會達到 3X 功耗,但 INTEL 最終決定要求 ATX 3.0 電源供應器 (在提供 12VHPWR 時) 只需在極短時間內 (100μs) 提供 2X 整體額定功率,STEPHEN EASTMAN 解釋 2X 要求是與電源供應廠商多番討論後得出較為具成本效益的做法。
個人理解,1000W 的額定功率電源供應器以 ATX 3.0 的標準來說,應該能夠提供總共 2000W (100μs) 的供電能力,以應付整個系統的 POWER EXCURSION。假設該 1000W 的額定電源供應器支援 1 個 450W 12VHPWR,該 ATX 3.0 電源供應器理應夠能支撐 2000W (100μs),當中能夠提供 1350W (100μs) 予顯示卡,同時仍然留有一定空間予 CPU 和其餘設備的取電 (24PIN / SATA / MOLEX 等等)。
INTEL 建議的額定電源功率值
人均 i9-12900K 的時代?
原則上 INTEL 可以將下表中的 PCIe * AIC Power 倍增,要求電源供應器廠商直接硬碰,令電源供應器不必"預留"2X 這麼多,ATX 3.0 的 2X 要求是 STEPHEN EASTMAN 與電源供應器廠商多番討論,該如何應對下代平台有機會出現的 POWER EXCURSION 後所得出較為具成本效益的水平。
在下表當中的 CPU 部份是假設採用 150W ~ 600W 的顯示卡用戶,同時使用達 300W 的 INTEL CPU,該 300W 主要由 125W TDP CPU 的持續電流 26A,再乘以 11.2V 後再加一點點所推算出,而該 275W 主要由 23A 乘以 11.2V 後,再加一點點所推算出。
STEPHEN EASTMAN 建議在使用 300W (下代) 顯示卡時選用 750W 的 ATX 3.0 電源供應器,450W (下代) 顯示卡 -- 1000W ATX 3.0 電源供應器,600W (下代) 顯示卡 -- 1200W ATX 3.0 電源供應器,12VHPWR 的支援功率水平與建議的 ATX 3.0 電源供應器額定功率水平,兩者的比例大概都是 200%。
STEPHEN EASTMAN 提到最近計算出 1500W ATX 3.0 電源供應器足以提供 2 個 450W 12VHPWR,而 1100W ATX 3.0 電源供應器足以提供 2 個 300W 12VHPWR,他不認為 1600W ATX 3.0 電源供應器一定足以提供 2 個 600W 12VHPWR,面向美國消費級市場的電源供應器一般不會高出 1600W。
INETL 組裝電腦的原則就是 XXX 塞爆
下表中的是 Rest of Platform (ROP) 值是 STEPHEN EASTMAN 推算出 CPU 和 GPU 以外其餘整個系統的功耗水平,當中包含 24PIN (予主機板各設備例如 NVME SSD、記憶體、RGB 設備、PCIE 插槽等等的供電)、SATA (例如傳統硬碟 HDD、固態硬碟 SSD 、光碟機、和部份 AIO / RGB 設備等等)、MOLEX 設備、與 FLOPPY 設備。
STEPHEN EASTMAN 特別提到,若將 ATX 主機板上所有插槽和連接埠 (PCIE / USB / RGB / SATA / NVME / RAM / LAN / AUDIO / WIFI / BT / FAN 等等) 都插滿,按他計算 Rest of Platform (ROP) 內所有設備如果同時衝上峰值狀態,ROP 將會輕鬆衝到 400W,由於上述情況極少機會出現,所以玩家可以按照實際自身需要將 ROP 視為 150W ~ 200W,選用比他所建議低一點點的額定供率電源供應器。
1000W ATX 3.0 卻提供 600W 12VHPWR 是好是壞?
STEPHEN EASTMAN 表示,INTEL 沒有限制電源供應器廠商只能按其建議表格內的建議值 (2X) 來造產品,即沒有限制只有 1200W 的額定電源供應器才能提供 600W 12VHPWR,他歡迎電源供應器廠商造出比他的建議的更強的產品 (即 >2X),例如 1000W 額定電源供應器經已能夠提供 600W 12VHPWR,但他希望廠商 (特別在這種電源供應器上) 主動標示出其產品所能應付的 POWER EXCURSION 水平供消費者參考。
一般消費者可能會認為 1000W ATX 3.0 電源供器只有 2X = 2000W,然後 600W 的顯示卡看為 1800w = 3X,那麼看起來便只剩 200W 予 CPU 及 ROP,其實該電源供應器可能足以應付達 2.35X 的 POWER EXCURSION 能力。
千瓦功耗從牆來?
應該是來自美國看直播的觀眾提問,美國一般家庭有 1600W 的牆身插座功率限制,那麼 1600W 的 ATX 3.0 電源供應器要如何應付超出插座限制的 3200W POWER EXCURSION?
STEPHEN EASTMAN 回答時指出,ATX 3.0 要求電源供應器能夠在極短時間內處理達到 2X 額定水平的峰值功耗,在檔案中有詳細列出極短時間的定義,2X 意指在 100μs 內能夠輸出兩倍的額定功率水平,在 100μs 內處理 2X = 3200W 的瞬間功耗需求時,ATX 3.0 1600W 電源供應器一般不會從牆上插座增加取電,而是主要透過電源供應器內的多個電容 (例如 BULK CAPACITOR) 處理。
而 INTEL 檔案中亦有列出分別在 1ms 和 10ms 的極短時間內,ATX 3.0 電源要能夠達到相應的 1.8X 和 1.6X 的額定功率值,在這種 (比 100μs 久一點點的) 情況下,電源供應器或許會從牆身插座增加取電,但主要仍然是透過電源供應器內的 BULK CAPACITIOR 提供。
INTEL ATX 3.0 為了針對這種情況,將 DC Output Transient Slew Rate 大幅提升至 5.0 A/μs,在這個新要求下,基本上只有 BULK 電容能夠快速地響應各 12V 設備的瞬間功耗急升,就算使用者使用數位智能插座,亦未必能夠觀察到瞬間 (100μs) 功耗急升的情況,在 ATX 3.0 的新 SLEW RATE 要求下,BULK 電容將會處理大部份情況。
STEPHEN EASTMAN 同時舉例指出,若出現 CPU 和 GPU (和 ROP) 同時達到峰值狀態的極端情況 (不是完全沒有可能),或許只能夠依靠使用者家中電箱內靈敏度夠高的保險絲,他祝你好運。
PCIE 6PIN 8PIN 會被完全取代嗎?
INTEL 並沒有制定相關改變要求,STEPHEN EASTMAN 理解電源供應器廠商理應盡可能提供所有類型的接頭,所以他預見在未來的 ATX 3.0 電源供應器上仍然會有我們常見的 PCIE 6PIN 和 8PIN,以及新型 12VHPWR。
ATX 3.0 其實有兩套標準
1.5X / 2X / 3X 傻傻分不清楚
跟據訪談影片中 44:15 起討論到,3X 是 PCIE CEM SPEC 對於下代顯示卡研究後所得出的要求水平,而之前提到 STEPHEN EASTMAN 定下以整體 2X 來應付 3X 的顯示卡瞬間功耗水平,STEPHEN EASTMAN 解釋 ATX 3.0 與 12VHPWR 的關係時表示,ATX 3.0 對於 POWER EXCURSION 的要求其實有兩套標準,2X 並非強制唯一要求,若沒有提供合符 ATX 3.0 規範的 12VHPWR 接頭,其實電源供應廠商大可不必理會 ATX 3.0 的 2X 要求,亦即沒有義務非支援至 200% POWER EXCURSION 不可。
從檔案中可看到,STEPHEN EASTMAN以450W 額定功率值作區分,制定出兩套準則,他明確表示 450W 只是他的期望值,他預期 450W 或以上的 ATX 3.0 電源供應器應該至少提供一組 12VHPWR,這裡提供 12VHPWR 接頭的意思應該是指,在電源供應器上有 16 (12+4) PIN 的連接埠作原生支援,所以表格中分別列出對於有提供 12VHPWR (且高於 450W 的額定功率電源供應器) 須滿足 2X (100μs) 的 ATX 3.0 要求,而沒有提供 12VHPWR (而且是 450W 或以下) 的電源供應器且則只需要達到 1.5X (100μs)。
但 STEPHEN EASTMAN 指出電源供應器額定功率值的高低其實不應成為廠商決定提供 12VHPWR 與否的主要考量點,電源供應器額定功率的大小不應被視為與其 POWER EXCURSION 能力水平 (1.5X / 2X) 畫上等號。
INTEL 默許?
STEPHEN EASTMAN 直播中表達的意思似乎是 ATX 3.0 並沒有限制所有 ATX 3.0 的電源必須提供 12VHPWR,從另一角度看,STEPHEN EASTMAN 並沒有強迫所有廠商提供 2X 額定值功率水平來滿足新 POWER EXCURSION 特性,真正有作限制的是 ATX 3.0 電源供應器必須提供至少 1.5X 額定值的輸出能力作為處理 POWER EXCURSION 的要求 (100μs)。
他其實是將 12VHPWR 與 2X 額定功率值的輸出能力 (100μs) 整合,若電源供應器廠商要提供原生 12VHPWR,該電源供應器必須提供到 2X 額定功率值 (100μs)。他強調不希望電源供應器廠商以某一水平的額定功率值作為提供 1.5X 或 2X POWER EXCURSION 的指標,而是以有否提供 12VHPWR 作為決定支撐 1.5X 或 2X 的指標。
所以只要有能力應付 1.5X POWER EXCURSION,已經符合 ATX 3.0 的主要要求,就算不提供原生 12VHPWR,仍然可以以合符 ATX 3.0 自居 (當然 ATX 3.0 還有其他要求須要被同時滿足),若要以 ATX 3.0 作宣傳同時提供原生 12VHPWR,必須滿足 2X 要求。換句話說,在 100μs 以內,要符合 ATX 3.0 的要求就必須提供滿足至少 1.5 倍 POWER EXCURSION 的能力,而同時若提供原生 12VHPWR,其 POWER EXCURSION 的要求會被增加至 2 倍。
ATX 3.0 針對的是下一代顯示卡的瘋狂 POWER EXCURSION 與高持續功耗,所以下一代顯示卡可能改用 12VHPWR,故此不難理解為何 INTEL 會選擇以 12VHPWR 提供與否作為決定 150% POWER EXCURSION 還是 200% POWER EXCURSION 的 ATX 3.0 要求。額定功率值的高低不是毫不相關,而是總有低系統平台功耗的用戶需求,相信有不少使用者連獨立顯示卡的需求都沒有,對他們來說跟本用不上 PCIE 6PIN 和 8PIN,所以如果 INTEL 強行要求全部電源供應器提升至 2X 能力的話,很可能導致低額定功率的電源供應器售價急升。
ATX 3.0 的非原生 12VHPWR 方案?
以下為進一步的猜想,目前電源供應器的定價結構中,額定功率明顯是一大重點,所以額定功率值與會否提供 12VHPWR,以及最終的 POWER EXCURSION 應付能力必然會被廠商一併考慮,STEPHEN EASTMAN 的做法放寬了不必要的限制,他只希望廠商會主動清晰地標示出更多數據作消費者參考。
STEPHEN EASTMAN 提到當電源供應器達到能夠滿足150% POWER EXCURSION水平的時候,若廠商決定不提供原生 12VHPWR 連接埠 (和線材),而只提供 PCIE 8PIN 轉 12HPWR 的轉接線材時,該電源供應器仍然會維持在 1.5X POWER EXCURSION 的應付能力,而 12VHPWR 轉接線材 (3 個 PCIE 8PIN 轉 1 個 12VHPWR) 本身,幾乎不可能使 ATX2.XX (非 ATX 3.0) 電源供應器從原本可能大概只有 1.2X 的 POWER EXCURSION 應付能力突然提升至 2X。
我們認為,INTEL ATX 3.0 真正的重點在於電源供應器所能提供的 POWER EXCURSION 應付能力,而非有否提供 12VHPWR,就算 PCIE 8PIN 只有 150W,4 個 PCIE 8PIN 便 = 600W,加上以目前的顯示卡如 RTX 3090Ti 來看,SIDEBAND SIGNALS 似乎不是必須品。
假設目前 ATX 2.XX 的頂級電源供應器已經能夠提供約 1.3X 的 POWER EXCURSION 處理能力,在小修小改後成功拉至 1.5X (以及滿足其餘的 ATX 3.0 要求) 的話,便能以 ATX 3.0 作宣傳,加上一條 12VHPWR 轉接線便能快速重新上市,這種情況下現在的電源供應器廠商能夠善用目前已經賺很多 (行之有效) 的方案,同時節省大量開案成本和測試成本。
直播中 STEPHEN EASTMAN 曾表示,目前市面上約有多達 30 間電源品牌廠商,INTEL 無法強迫廠商們全面升級並提供 12VHPWR,且達到指定 2X POWER EXCURSION 的應付能力。退一步來看,為什麼目前的 ATX2.XX 的電源供應器大多只有 1.2X ~ 1.3X 的 POWER EXCURSION 應付能力?羊毛出自羊身上,如果廠商只是單單把保護觸發點調較得比較不靈敏,是否失去保護機制的原意,最終導致電源供應器壽命下降甚至有機會帶走其他硬體?退一萬步來看,難道下一代系統平台會是人均 RTX 4090Ti 的時代?
STEPHEN EASTMAN 的做法 (分兩種準則),既能夠提供一定保障 (至少 1.5X) 而又對廠商來說亦不難做到 (目前的產品已經有 1.2 ~ 1.3X 水平),同時不會嚇走所有廠商讓 ATX 3.0 最終落得與 ATX 2.XX 改版一樣不被重視的下場。
ATX 3.0 曾打算將 12V 提升至 12.2V?
訪談中有觀眾提問為關於 12.2V 的計劃為何沒有被實現,STEPHEN EASTMAN 回應指出 ATX 3.0 旨在處理 POWER EXCURSION,而在制訂 ATX 3.0 之初的確曾打算將 12V 提升至 12.2V。他解釋當 POWER EXCURSION 出現,會導致 (12V) 電壓下降,所以問題是 ATX 3.0 該容許 12V 下降多少,將 NORMINAL 從 12V 提升至 12.2V 有助出現同等 POWER EXCURSION 時維持較高的 MININUM 12V 值,變相抵銷了部份 POWER EXCURSION。
當時 INTEL 曾與各電源供應廠商和 OEM 廠商探討將 12V 提升至 12.2V 以處理 POWER EXCUSRION 的做法,最終 STEPHEN EASTMAN 沒有將 12V 增加至 12.2V,而只是將最低值由以往的 11.4V 降至 11.2V,即 INTEL 在 ATX3.0 容許 12V 維持在 11.2V ~ 12.6V (以往是 11.4V ~ 12.6V),他解釋最後決定容許各廠商自行應對 POWER EXCURSION,而不劃一 (強迫所有廠商) 將 12V 提升至 12.2V,並將 12V 的最低值調低讓各廠商自由發揮。
PS. RTX 3000 系列閃紅燈閃到某廠商直接用軟體關燈,閃紅燈就是代表電壓下降。
為什麼 ATX 3.0 要改 動NVIDIA 當初在 2020 年率先推出的 12PIN 供電埠口定義設計
STEPHEN EASTMAN 表示 12VHPWR 並非由 INTEL 設計,而是由 PCI SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) 組織與 PCIe CEM (PCI-E CARD ELECTROMECHANICAL) 組織共同設計。
NVIDIA 當時推出的 12PIN 為 6*12V + 6*GROUD,但沒有任何 SIDEBAND SIGNALS PIN,ATX 3.0 內由 PCI SIG 和 PCIE CEM WG 所設計出的 12VHPWR 在該 12PIN 之上加上 4 針作 SIDEBAND SIGNALS,他再補充這個問題應該由 NVIDIA 解答為何他們一開始不採用 12 + 4,而特別加入 4 針 SIDEBAND 作功耗限制和與訊號回傳至電源供應器的原因,除了是為消費級市場使用者而設之外,INTEL 亦希望工作站使用者和伺服器使用者能夠從中受惠,和願意採用 12VHPWR。
面對高持續功耗與高瞬間功耗的硬體特性,4 針 SIDEBAND 有助電源供應器透過其中兩針的訊號回傳得知各 PCIe 裝置 (特別是工作站使用者可能擁有多個 PCIe 裝置) 的運作情況 (供電正常和正確插入),以更有效地管理各 12VHPWR 輸出和確保系統穩定。
STEPHEN EASTMAN 認為 NVIDIA 當初率先推出 12PIN (6*12V + 6*GROUND) 接頭是希望能夠領導業界,只是 PCI SIG 與 PCIE CEM WG 認為除了主流消費級市場之外,亦需顧及工作站使用者和伺服器使用者,他補充說 NVIDIA 亦是 PCI SIG 的一員,各成員一直緊密合作共同研究更好的方案。
PS. 按目前 RTX 3080 / RTX 3080Ti / RTX 3090 / RTX 3090Ti 的情況看,似乎 NVIDIA 並不需要所謂的 SIDEBAND SIGNALS 來決定其 GPU 核心能從中獲取多少功率 (RTX 3090Ti 是很好的例證),而且 NVIDIA 亦能夠偵測到顯示卡的輔助功能電源有否被正確地插入。事實上按 IGORSLAB 的 MSI RTX 3090 Ti SUPRIM X 測試結果可看到,RTX 3090 Ti 的 POWER EXCURSION 特性甚至比 RTX 3080 更低,加上我們之前亦報導過 NVIDIA 在 RTX 3090Ti 上重新整合 GPU 核心電壓,種種跡象顯示 NVIDIA 似乎經已開始著手壓低自家產品的 POWER EXCRUSION。
MICROSOFT MODERN STANDBY
ATX 3.0 電源支援一年內不停開關 175,200 次!
STEPHEN EASTMAN 指出 INTEL 早在約 2017 年的 ATX 2.5 中,要求家用電源供應器能夠承受多次不停開關電源的情況,例如一天內開關 480 次,整個業界一直希望電腦硬體設備可以做到快速開機和快速關機,追上手機的速度,MICROSOFT 稱之為 MODERN STANDBY。
INTEL 第 11 代和第 12 代行動平台 CPU 已經將 MODERN STANDBY 內建於 CPU 之中,支援快速從關機 / 深層睡眠中喚醒,以減低電源浪費,INTEL 同時間正加緊推動 MODERN STANDBY 至更多桌上型 CPU。支援快速開關和快速回復使用狀態意味,MODERN STANDBY 對電源供應器和主機板亦有一定要求,INTEL 希望電源供應器和主機板能夠支援極速開機和關機,和快速切換不同的電源模式,以節省不必要的電源浪費,同時能夠維持快速響應。
目前來說,MODERN STANDBY 並沒有被大量使用在桌上型消費級市場上,因為家用電腦硬體種類變化太多,任何一環例如 SSD 啟動出現問題,都會導致整個 MODERN STANDBY 失常,所以 MODERN STANDBY 主要集中在行動市場以及 OEM 市場。而 INTEL 希望 ATX 3.0 能夠讓消費級市場的桌上型電腦電源供應器先支援 MODERN STANDBY,再逐步推進至其他硬體上,使 ATX 3.0 電源供應器為將來的新標準做好準備。
STEPHEN EASTMAN 提到 ATX 2.5 並沒有受到電源供應器廠商所重視,它們很多產品仍然以 ATX 2.4 為準,所以 INTEL 希望 ATX 3.0 能夠成為業界廣泛接受的新規範。他進一步解釋,要支援 MODERN STANDBY 須要從電源供應器內部著手設計,有些電源方案可能須要大幅改動其原本設計以支援 MODERN STANDBY,視電源方案如何控制開關 (MECHANICAL SWITCH / ELECTRONIC SWITCH)。
低負載的轉換效率要求,INTEL:我知道他們可以做得更好
INTEL 同樣早在 ATX 2.5 (2017) 中開始列明電源供應器在低負載情況下的換轉效率要求,在 2022 年的 ATX 3.0 中 INTEL 明確指出電源供應器在極低的負載情況 (10W 或 2% 負載) 應該達到至少 60% 轉換效率以減低轉換損失,而 INTEL 建議在 10W 負載或 2% 負載時,電源供應器應達到 70% 轉換效率。
STEPHEN EASTMAN 指出,他曾測試過目前市面上不少電源供應器在極低負載的時候大概只有 50% 轉換效率 (一般在 40 ~ 60% 不等),使用者習慣逐漸改變至長開電腦,所以電腦會停留在低負載的時間會更長,無形中損失更多電源,INTEL ATX12VO 更要求最低轉換效率達 70%,不少電源供應器廠商反映在多路電源供應器上並不容易達至 70% 轉換效率,而能夠做到相關要求的電源供應器並不便宜,所以 INTEL ATX3.0 針對低負載 (10W 或 2%) 時的電源轉換效率最終定在要求 60%,建議 70%。
最後,他笑說就算 ATX 3.0 的電源供應器在 10W / 2% 負載時達到 70% 轉換效率,與 ATX12VO 電源相比仍然略遜一籌,這是因為他已定出最新的 ATX12VO2,在 ATX12VO1 的 10PIN 上那根被預留的針在 ATX12VO2 上正式啟動!
INTEL: IT MAKES SENSE
PS. ATX12VO2 的內容不是本文重點,對此有興趣的朋友可從訪談 1:03:44 起看看 STEPHEN EASTMAN 如何吹捧 ATX12VO2,以下簡短提及直播訪談中關於 ATX12VO2 的部份。STEPHEN EASTMAN 指出,ATX12VO 將 ATX 規範的 ATX 24PIN 改為 10PIN,而 10PIN 入面有 1 根 PIN (PIN #5) 其實未被啟用,直至 12VO2,那根 PIN 叫做 I PSU % SIGNAL (CURRENT,POWER SUPPLY,PERCENTAGE,SIGNAL),用以協助電源供應器與整個系統直接溝通,要溝通的原因就是因為 POWER EXCURSION。
在 ATX 3.0 中的 POWER EXCURSIO 針對 GPU,但其實 CPU / GPU / ROP 各自均有機會衝上峰值狀態,按他多番研究和向不同廠商查詢,他認為在現實中絕對有機會出現 CPU 和 GPU 同時暴衝至其極限峰值狀態的情況,在這個時候 ATX 3.0 的使用者沒有什麼可以做,家中電箱燒保險絲不是沒可能,不燒更慘。
ATX12VO2 情況大不同,正因為那根被預留起的 PIN,ATX12VO2 電源供應器可以告知系統內各硬體該電源供應器的負載情況,所以就算 CPU、GPU、及 ROP 同時暴衝,如果 CPU 事前 / 即時 得知電源供應器的負載情況,CPU 就能夠及早剎車降低功耗,以維持系統穩定。當然,如果使用者選用過小的 ATX12VO2 額定電源供應器來為高功耗硬體供電,其系統性能將會大幅下降,因為該 ATX12VO2 電源供應器長期被負載至其極限水平,CPU 一直被限電,這對於預算不高而想從電源供應器著手縮減的消費者來說,12VO2 更為"安全"。
二十年來家用電源供應器沒有任何重大更新,細微更新亦不受廠商重視,INTEL 很希望將更多創新而且更有效率的做法帶到消費級市場上,ATX 3.0 和 ATX12VO 都是 INTEL 為所有人做得更多更好的新規範,STEPHEN EASTMAN 說更多創新的概念將會繼續被加入到 ATV12VO,例如 ATX12VO2 能夠實現在 WINDOWS 內實時監測 12VO2 電源供應器各項運行數值 (但需要軟體廠商想辦法自行 REGISTER 繞過 OS 的訊號)。
他補充這根 PIN 其實是 SIDEBAND SIGNAL,類似 12VHPWR 的 4PIN 設計,不須經過 OS 而是從 12VO2 電源供應器直接與主機板上的 CPU 主供電控制器 (VR CONTROLLER) 作溝通,繞過 OS 的原因是因為須要應付 POWER EXCURSION 的速度,即是上面提及過的 1MS / 10MS / 100US 等等。
簡單來說,INTEL 以 ATX12VO2 為電源供應器加入非常有效的保護機制,目前 ATX 2.XX 的電源供應器所採用的保護機制晶片,其準確度和靈敏度其實不算高,STEPHEN EASTMAN 再補充指出 12VO2 的新功能必須搭配下一代 INTEL CPU 才能使用!但他不願意提及 RAPTOR LAKE 或第 13 代 CPU 一詞,僅指下一代產品。
最後他強調 OEM / 筆電 / SI (SYSTEM INTEGRATOR) 等等開始採用 ATX12VO,原因除了更容易實行外,其實 12VO2 能令電源供應器成本大降。例如 ATX 3.0 要求在 1MS 下保持 180% 輸出,而 ATX12VO2 在 1MS 下僅需要維持 130%,當中涉及的物料成本將會大降。他已研究出最好的推廣方法,就是讓廠商們感到有興趣,廠商們感興趣的,就是有得賺!又不麻煩!
ATX 3.0 電源的新認證?
INTEL:I AM WATCHING YOU
現今除了我們常見的 80PLUS 認證,近年亦有新的電源轉換效率認證 CYBENETICS,STEPHEN EASTMAN 不願比較兩種認證,但他表示 INTEL 有留意到 CYBENETICS 這一家認證機構,認為他們做得很好很仔細很嚴謹,他目前正與 CYBENETICS 溝通,研究電源供應器可以如何被測試和和認證符合 ATX 3.0。他笑說其實 INTEL 亦有自己的認證!更是免費的 !!!!!! 他非常歡迎更多廠商提供產品予 INTEL 作認證,並提到 INTEL 推行新 ATX 規範並非為了以認證測試作為收入來源,而是想為整個行業做得更多。關於 INTEL 的電源供應器測試和認證,他說可以搜尋"INTEL POWER SUPPLY SELECTOR"。
電源供應器廠商會在短時間內以 12VHPWR 全面取代 PCIE 6/8 PIN 嗎?
STEPHEN EASTMAN 表示這視乎顯示卡廠商會否大量採用 12VHPWR 接頭,他相信比起 ATX12VO,12VHPWR 會更快被電源供應器廠商接納和採用。
為什麼 INTEL 不從主機板層面要求改善 POWER EXCURSION 的應付能力而從電源供應器著手?
他回答因為 PCIE CEM WORKING GROUP 認為顯示卡的 POWER EXCURSION 主要經電源供應器的線材影響電源供應器,而非經主機板 PCIE 插槽而影響到電源供應器。主機板的 PCIE 插槽一般只能提供 75W,以 12V 計當中只有 66W,要主機板大幅提高 PCIE 插槽的供電能力需要大幅重新設計相關線路和電路板。
STEPHEN EASTMAN:LETS PUT IT THAT WAY
近兩小時毫無悶場的精彩訪談,由那個撰寫並擁有 ATX 3.0 的男人 STEPHEN EASTMAN 解說 ATX 3.0 和 ATX12VO2 的優美之處,直接從業界背後的真正主事的工程師口中了解新行業規範,遠勝不知所謂的市場宣傳。TECHNICAL MARKETING ENGINEER 出身,深耕二十年,口才與專業兼備,沒有半點 MARKETING 狗屁不通的廢話,遊走於各大市場廠商尋求妥協以推進創新設計。
結論
以下簡單總結出本文的內容重點 (假設都沒搞錯),以 QA 方式呈現。
Q:所有新 ATX 3.0 電源供應器均會提供 12VHPWR 嗎?
A:INTEL 並沒有相關限制要求。
Q:所有新 ATX 3.0 電源供應器均達 2X POWER EXCURSION 嗎?
A:INTEL 並沒有相關限制要求。
Q:有提供原生 12VHPWR 代表符合 ATX 3.0?
A:不,主要看電源供應器能否支撐 2X 額定值的 POWER EXCURSION 。
Q:使用 12VHPWR 轉接線就夠了?
A:轉接線不是 DLC,只是 SKIN,轉接線本身不能拉高電源供應器處理 POWER EXCURSION 的能力。
Q:我好窮那要如何選 ATX 3.0 電源?
A:隨便啦能開就好!反正你不可能買得到下代顯示卡。