超能課堂(304):你需要大功率電源嗎?ATX 3.0電源設計指南有答案了

英特爾在本月初正式發佈了ATX Version 3.0 Multi Rail Desktop Platform Power Supply Design Guide,也就是ATX 3.0版本多路桌面平台電源設計指南,而此前的ATX設計指南一直停留在2.03版本,於1998年12月正式發佈,距今已經有超過23年的時間。不過當時的ATX設計指南可不僅僅包含有電源的相關內容,其還包括有機箱與主板的設計規範,而且ATX設計指南中與電源相關的要求在後續也是以ATX12V電源設計指南的形式一直進行更新和補充,現在的最新版本就是ATX12V 3.0設計指南,就包含在ATX 3.0設計指南當中。

此外這次ATX 3.0設計指南無論是內容還是文檔的標題都明確指出是“電源設計指南”,並不包含機箱與主板佈局等內容,因此這次升級與其説是ATX設計指南的更新,其更像是ATX12V設計指南的更新,當然也可以説是CFX12V/LFX12V/SFX12V/TFX12V/Flex ATX設計指南的更新,畢竟英特爾早已將這些不同規格的電源設計要求進行了整合,總而言之ATX 3.0設計指南就是新一代PC電源的設計方向。

那麼英特爾在ATX 3.0電源設計指南中,相比上一個版本是做了什麼更新呢?其實縱觀全文,這次ATX 3.0電源設計指南的重點篇幅其實是在PCI-E供電上,主要是為了滿足PCI-E 5.0規範下的供電提出了具體電源設計要求,另外還有一些對電源性能要求的改變,這裏我們就挑選了一些跟比較受消費者關注的點來進行簡單講解,更多詳細內容,有興趣的玩家可以自己去查看英特爾公開的ATX 3.0電源設計指南。

PCI-E供電:瞬時功耗允許達到TDP的3倍

英特爾在ATX 3.0電源設計指南中,用了整整一個章節去講解為什麼他們會重點強調PCI-E 5.0的供電,並給出了相應的設計要求。我們不妨先看看ATX 3.0設計指南第三章節的開篇,英特爾是直接點出,當前PCI-E接口硬件有不少在供電需求上其實是違反PCI-E相關規範的,考慮到目前PCI-E接口硬件的供電需求,英特爾這裏基本上説的就是顯卡了,就差沒有指名道姓説出來而已。

上圖這幾段話的大意是,PCI-E組織在制定PCI-E相關規範時,其實有制定出10W/75W/150W/225W/300W等不同TDP下的板卡供電規範,而且這是一個非常嚴格、不允許超過的數字,因此之前的PCI-E規範中,對於“超額取電”的現象並沒有明確的應對措施。然而近年來PCI-E硬件特別是顯卡上的“超額取電”情況越來越多,而電源廠商一直沒有一個明確的規範來進行應對,導致顯卡在“超額取電”時,有部分電源會觸發OCP過電流保護等措施,出現突然斷電等現象,對於硬件來説存在較高的損壞風險。

而到了PCI-E 5.0規範上,板卡的供電要求拓展出了450W和600W檔次,這顯然對PC電源的供電能力有了更高的要求,相應TDP的板卡也很可能帶來非常極端的瞬時功耗,為此英特爾需要通過ATX 3.0設計指南以及PCI-E 5.0規範的共同約束板卡的平均功耗以及峯值功耗,並指導電源廠商去應對顯卡的峯值功耗需求。


那麼具體的應對規範有哪些呢?首先是控制峯值功耗的大小與持續的時間,按照ATX 3.0設計指南提出的要求,對於PCI-E硬件來説,若其峯值功耗的持續時間不超過100微秒,那麼其峯值功耗允許達到TDP的3倍,也就是600W TDP的顯卡,允許在100微秒內獲得1800W的供電能力;但如果峯值功耗持續的時間超過1秒,那麼其可以獲得的峯值功耗仍然不得超過TDP設定;如果峯值功耗持續時間是在100微秒到1秒之間,那麼PCI-E硬件可以獲得的功率則與時長呈反比,持續的時間越長,允許的峯值功耗則越低。

從這個要求我們也可以看出,其實對於電源而言,峯值功率其實是一個可以精確到按微秒計算數字,1秒時長的輸出對於我們來説已經很短,但對於電源來説其實已經相當於是“持續輸出”而不是“瞬時輸出”,真正的瞬時輸出是需要使用掃描採樣率足夠高的設備,例如示波器以及配套的電流探頭才能測量得出,市售的家用功耗儀或者是普通款的萬用表/電流表基本達不到這樣的掃描採樣頻率,它們檢測到的只是精確到秒的“平均功耗”而非需要按照微秒計算的“瞬時功耗”。

當然英特爾也擔心普通的消費者可能理解不了為什麼需求大功率的電源,因此在ATX 3.0設計指南中,他們是直接給出了不同級別產品對應的電源需求。可以看到對於TDP不超過300W的PCI-E硬件,英特爾是推薦搭配額定功率750W的電源;對於TDP不超過450W的PCI-E硬件,推薦搭配的電源是額定功率不低於1000W的款式,而對於TDP達到600W的PCI-E硬件,英特爾推薦用户搭配額定功率不低於1200W的電源。這個要求其實跟我們在各種顯卡評測中的推薦搭配是基本相符的,不知道這次從英特爾的口中説出,大家會不會覺得更有説服力呢?

CPU供電:峯值電流需求更高


第10代酷睿處理器發佈後,英特爾更新了ATX12V電源設計指南中的CPU供電需求

當然除了針對PCI-E供電的具體要求,這次英特爾在ATX 3.0電源設計指南中,也對CPU的供電需求進行了更新。英特爾在第10代酷睿處理器發佈之時,就對當時的ATX12V電源設計指南進行了補充,當時明確提出對於65W TDP的CPU,電源需要為其提供的+12V供電持續電流要求不低於23A,峯值電流不低於30A;對於125W TDP的CPU,電源為其提供的+12V供電持續電流需要在26A以上,峯值電流不低於34A。


ATX 3.0設計指南中,CPU供電需求再一次進行了更新

而在ATX 3.0設計指南中,CPU供電仍然按照TDP需求劃分為35W、65W、125W和165W三檔,但是除了165W檔次對電流需求沒有發生變化,其餘三檔都作出了要求上的變化,其中35W檔次的+12V持續電流要求從13A降低到11A,但峯值電流需求從16A提升至19A;65W檔次與125W檔次的持續電流需求不變,但峯值電流的需求分別上升至34A和39A。從這裏我們可以看出,在英特爾的規劃中,未來CPU供電對峯值功率的要求會更高。

+12V電壓:偏離度上限不變,下限放寬至-7%

雖然説ATX 3.0電源設計指南展現出來的趨勢是電源需要提供更高的瞬時功率,或者説是更高的峯值功率,但作為配合,電壓偏離上的要求卻是相對放寬了。原本PC電源的+12V輸出電壓偏離度是±5%以內,但考慮到峯值輸出的瞬間電源電壓往往也會有瞬時的下降,為了避免給電源廠的設計帶去過大的壓力,這次ATX 3.0電源設計指南中,+12V的輸出電壓偏離度是放寬至最高不超過+5%,最低不低於-7%,也就是電壓範圍是11.16V至12.6V;如果是PCI-E供電的+12V,則允許下降至最低不超過-8%,也就是11.04V到12.6V。

至於其它方面的要求,例如輸出紋波、保持時間等等,ATX 3.0電源設計規範相比上一個版本基本沒有改變,因此對於電源廠商來説,所謂的“放寬要求”其實並沒有明顯地降低電源設計壓力,反而是PCI-E供電方面的明確指示可能對自家的產品策略帶來一些變化,就看誰能夠率先跟上ATX 3.0時代的腳步了。

其實ATX 3.0電源設計指南更多地是給廠商作為參考,裏面很多內容對於玩家來説看看就好,沒有深入研究的必要性。但你説ATX 3.0對於玩家來説沒有意義,那當然也不是這麼個説法。實際上ATX 3.0電源設計指南的推出,是很好地解答了一直困擾着不少玩家的一個疑問,那就是大功率的電源究竟有沒有選購的必要性?


英特爾明確表示,750W電源對於主流或以上級別平台來説很有必要

其實從ATX 3.0提出的要求來看,如果你計劃選用的硬件已經達到了當前中端主流或以上的水平,那還是很有必要的,我們可以按照顯卡TDP 300W作為一條分界線,如果你選用的顯卡在TDP上已經超過300W,那顯然750W或以上級別電源應該是標配;而對於TDP不超過300W的顯卡,650W級別的電源也還是很充裕的,但是未來升級的潛力不大,特別如今CPU和顯卡的性能在增長的同時,功耗也在穩步提升,沒有一個750W或以上級別的電源,還真不一定可以滿足後續升級的需求。


模組接口電源的優勢在於有後續更換線材支持新接口的潛力

另外在當前選購PC電源,大家不要只盯着額定功率,電源是否採用模組化線材,可能也會成為一個選擇的關鍵。PCI-E 5.0引入了新的12+4pin供電接口,單個接口即可提供高達600W的供電能力,相當於當前4個PCI-E 8pin接口的供電能力,倘若電源採用的是模組接口,那麼理論上説只需要廠商給出對應的模組線,那麼舊款電源支持12+4pin供電算不上一件難事。

當然最佳選擇是直接選擇帶有新接口的電源,只是模組接口電源至少是留下了這個升級潛力,但對於原生線材的電源來説可能就有些尷尬了,即便可以使用轉接線,也可能給機箱的佈線和理線帶來困難。不過現在中高端的電源產品基本都採用了模組接口設計,只有部分入門級產品仍然維持原生線材方式,想必也不是那麼容易踩雷。