Bericht ATX12VO: Vor- und Nachteile des neuen Netzteil-Standards

[xexex]

Wenn die 3,3 V gewöhnlicherweise nicht verwendet werden, wieso hat die PCI SIG die 3,3 V bei M.2 verwendet? M.2 verwendet nur 3,3 V.

Das hat niemand behauptet, die verbauten Chips benötigen irgendeine Spannung und bei M.2 ist das nun mal nach dem aktuellen Stand 3.3V. Seinerzeit, als der Standard verabschiedet wurde, verwendeten die verbauten ICs auch vorwiegend diese Spannung. Heute sie die verwendeten Spannungen längst niedriger (1,8V zb.) und müssen dann meist auf der M.2 Karte konvertiert werden.

Bei GPUs sieht die Sache etwas anders aus, ein passendes Bild habe ich ja bereits hier verlinkt. Bei einem PCIe Slot liegt immer auch 12V an und da ist es leichter "einen" Spannungswandler zu verbauen, der diese Spannung auf die benötigten umwandelt, als einen für 12V und einen für 3,3V.

Bei der CPU käme auch niemand auf die Idee, die 5V oder 3,3V Zuleitung für die VRMs zu verwenden.

 

[ETI1120]

Das Haupthinderrungsgrund dürfte sein, das PCIe-fähige Verkabelung deutlich teurer wird als SATA-Verkabelung.

Ja, das erschwert die Einführung.

Aber besteht in den PCs überhaupt ausreichend Bedarf, um eine neue Schnittstelle für Laufwerke zu etablieren?

• Massenspeicher als Laufwerk ist nur als Datengrab sinnvoll. Aber für viele Anwendungsfälle ist ein NAS die bessere Option.
• SATA III ist für HDDs leistungsfähig genug. Aus Sicht der Übertragungsgeschwindigkeit U.2 für HDDs im PC zu verwenden, ergibt keinen Sinn.
• Die Stückzahlen für HDDs, besonders in Desktop sinken. Neue Schnittstellen einzuführen, ergibt in einem solchen Szenario nur einen Sinn, wenn sie die Kosten senken.
• Die SSDs können in M.2-Steckplätze und als PCI-Steckkarten eingebaut werden.
• Die U.2-Festplatten sind momentan sehr teuer, da sie für den Servereinsatz konzipiert sind.

Ergänzung (22. Januar 2021)

Das hat niemand behauptet, die verbauten Chips benötigen irgendeine Spannung und bei M.2 ist das nun mal nach dem aktuellen Stand 3.3V. Seinerzeit, als der Standard verabschiedet wurde, verwendeten die verbauten ICs auch vorwiegend diese Spannung. Heute sie die verwendeten Spannungen längst niedriger (1,8V zb.) und müssen dann meist auf der M.2 Karte konvertiert werden.

Es ging mir nur darum zu unterstreichen, dass die 3,3 V verwendet werden.

Die ganze Diskussion, dass 3,3 V und 5 V bald verschwinden, ist nicht hilfreich. Sie sind in Spezifikationen für Schnittstellen festgelegt. Diese Spezifikationen werden so schnell nicht geändert.

Es ist lediglich möglich, dass Mainbards angeboten werden, die keine SATA-Anschlüsse anbieten.

Wenn man 12 V verfügbar hat, ist es nicht sinnvoll 3,3 V und 5 V über längere Distanzen zu übertragen.
Da man auf dem Mainboard schon viele Spannungswandler verbaut hat, ist es kein Problem, wenn ein paar mehr verbaut werden. Da sich alle Anschlussoptionen auf dem Mainboard befinden, kann man hier die optimale Anzahl der Spannungswandler verbauen. Damit spart man in der Gesamtbetrachtung gegenüber der aktuellen Situation (3,3 V und 5 V vom Netzteil) Bauteile ein. Außerdem ist die Verteilung 1 Versorgungsspannung auf dem Board einfacher als 3 Versorgungsspannungen zu verteilen.

 

[D3rid3x]

Sobald man Teile der Spezifikationen nach dem Motto "braucht kaum jemand" weglässt, ist Ärger mit nicht funktionierenden Karten vorprogrammiert. Und wir wissen alle wie gern manche Leute dann über die Hersteller schimpfen.

Und die Hersteller der Erweiterungskarten die die niedrigeren Spannungen nutzen werden wohl kaum sagen: "Ja lass uns die Kosten für die (je nach Einsatzzweck teuren) Karten noch weiter in die Höhe treiben indem wir 12V zu 3,3V Schaltregler oder Linearregler zusätzlich verbauen". Dementsprechend gehe ich davon aus, dass uns diese Spannungen länger bleiben. Von den einzelnen Schaltungen (Audio, Lüftersteuerung...) auf dem Mainboard ganz abgesehen.

Wo die 5V und 3,3V Schaltregler verbaut werden, ist eine andere Frage. Ich persöhnlich bevorzuge das Netzteil aufgrund des Metalgehäuses und des Abstandes zu eventuell störanfälligen Komponenten.

 

[xexex]

Die ganze Diskussion, dass 3,3 V und 5 V bald verschwinden, ist nicht hilfreich. Sie sind in Spezifikationen für Schnittstellen festgelegt. Diese Spezifikationen werden so schnell nicht geändert.

Die Spezifikationen können von heute auf morgen angepasst werden, wichtig ist nur dass rechtzeitig die nötigen Schritte eingeleitet werden.

Richtig ist, wie du schon sagst, dass die bestehenden Schnittstellen vermutlich kaum angefasst werden. Was wir aber in Zukunft sehen werden, ist eine Entkopplung von den 5V/3,3V Spannungen, die aktuell noch von vielen Netzteilen geliefert werden, hin zu flexiblen Spannungen wie man sie bei RAM oder CPUs sieht und die dann vom Mainboard geliefert werden.

Es ist halt Unsinn 3.3V von Netzteil liefern zu lassen und es quer durch das Mainboard zu routen, nur um es dann mit einem Spannungswandler auf der M.2 SSD, nochmal in 1,8V wandeln zu lassen. Genau aus diesen Gründen hat man bei den OEMs nur noch die 12V Spannung eingeführt. Es macht die Netzteile billiger und die Boards einfacher. Wenn dann noch irgendwo eine andere Spannung benötigt wird, dann wandelt man sie auf der Stelle.

Ergänzung (22. Januar 2021)

Und die Hersteller der Erweiterungskarten die die niedrigeren Spannungen nutzen werden wohl kaum sagen: "Ja lass uns die Kosten für die (je nach Einsatzzweck teuren) Karten noch weiter in die Höhe treiben indem wir 12V zu 3,3V Schaltregler oder Linearregler zusätzlich verbauen".

Solche Regler sind bereits überall verbaut oder glaubst du der Flash Speicher auf einer aktuellen SSD läuft noch mit 3,3V? Selbst auf Karten für mehrere SSDs wird die dafür benötigte Spannung lokal gewandelt.

Wir reden hier nicht von Zukunftsmusik, sonst hätten die großen OEMs nicht schon längst ihre PCs auf den neuen Standard umgestellt. Wir reden praktisch vom aktuellen Stand, wo noch einige Altlasten mitgeschleppt, aber kaum noch benötigt werden.

 

[D3rid3x]

Ich verstehe nicht was du mit dieser Art der Argumentation bezwecken willst. Dir muss doch klar sein, dass ein Beispiel nicht für jede Erweiterungskarte allgemeingültig ist. Wenn z.B. der PCIe Slot für Mess- oder Testhardware verwendet wird, kannst du da sicher sagen, dass die diese Spannungen nicht verwenden? Mir wäre das absolut unmöglich.

Ich kann nur dazu raten, den PC als Mehrzweckgerät zu betrachten. Und wie bei vielen Mehrzweckgeräten ist es nun mal so, dass da stellenweise Dinge vorgehalten werden, die man selbst nicht unbedingt braucht, dafür aber jemand anderes. Ich werde mich jetzt aber ausklinken, da wir normalerweise keinen Enfluss auf die Schnittstellenstandards haben und ich somit in der Diskussion keinen Sinn sehe.

Edit: Letzten Satz umformuliert

 

[ETI1120]

Sobald man Teile der Spezifikationen nach dem Motto "braucht kaum jemand" weglässt, ist Ärger mit nicht funktionierenden Karten vorprogrammiert. Und wir wissen alle wie gern manche Leute dann über die Hersteller schimpfen.

Richtig, und genau deshalb werden 3,3 V und 5 V in den Schnittstellen-Spezifikationen nicht wegfallen.
Das kann sich erst ändern, wenn neue Schnittstellen definiert werden. In absehbarer Zeit werden PCIe-, M.2e- oder SATA-Power-Anschlüsse nicht durch neue Schnittstellen abgelöst werden.

Wo die 5V und 3,3V Schaltregler verbaut werden, ist eine andere Frage. Ich persöhnlich bevorzuge das Netzteil aufgrund des Metalgehäuses und des Abstandes zu eventuell störanfälligen Komponenten.

und hier liegt das große Missverständnis.

Zuerst die 5 V und und dann die 3,3 V waren die Spannungen mit denen früher die Prozessoren gearbeitet haben. Noch im letzten Jahrtausend wurden die 3,3 V durch ein Spannungsreglermodul (VRM bzw. autoVRM) abgelöst. Das Spannungsreglermodul kann die Versorgungsspannung der CPU eingestellen.

Mit der Einführung der Spannungsreglermodule haben die 3,3 V und die 5 V ihre eigentliche Funktion verloren, sie sind aber weiterhin im PC vorhanden. Und sie werden verwendet. Und deshalb haben Schnittstellenstandards sie übernommen.

Prozessoren, RAM- und NAND-Speicherbausteine benötigen niedrigere Versorgungsspannungen. Deshalb muss auf der M.2-Steckkarte die 3,3 V Spannung nochmals gewandelt werden. Und deshalb sitzen auf dem Mainboard bereits sehr viele Spannungswandler. Und zwar möglichst nahe am Verbraucher.

Ergänzung (22. Januar 2021)

Die Spezifikationen können von heute auf morgen angepasst werden, wichtig ist nur dass rechtzeitig die nötigen Schritte eingeleitet werden.

Richtig ist, wie du schon sagst, dass die bestehenden Schnittstellen vermutlich kaum angefasst werden. Was wir aber in Zukunft sehen werden, ist eine Entkopplung von den 5V/3,3V Spannungen, die aktuell noch von vielen Netzteilen geliefert werden, hin zu flexiblen Spannungen wie man sie bei RAM oder CPUs sieht und die dann vom Mainboard geliefert werden.

Es ist halt Unsinn 3.3V von Netzteil liefern zu lassen und es quer durch das Mainboard zu routen, nur um es dann mit einem Spannungswandler auf der M.2 SSD, nochmal in 1,8V wandeln zu lassen.

Da sind wir einer Meinung.

Aber leider wird es in absehbarer Zukunft bestenfalls so aussehen:

• die 12 V werden an die M.2-Steckplätze geführt,
• dort werden sie auf 3,3 V gewandelt
• auf der M.2-Karte werden sie nochmals gewandelt

 

[ETI1120]

Ich verstehe nicht was du mit dieser Art der Argumentation bezwecken willst. Dir muss doch klar sein, dass ein Beispiel nicht für jede Erweiterungskarte allgemeingültig ist. Wenn z.B. der PCIe Slot für Mess- oder Testhardware verwendet wird, kannst du da sicher sagen, dass die diese Spannungen nicht verwenden? Mir wäre das absolut unmöglich.

Es geht nicht darum diese Spannungen abzuschaffen. Das geht nicht weil sie in den Schnittstellenspezifikation vorgeschrieben sind.

Es geht darum, das die 5 V und die 3,3 V nur benötigt werden, weil sie in Schnittstellenspezifilationen festgeschrieben sind.

Es geht darum, dass auf den Steckkarten nochmals Spannungswandler sind. Weil die eigentliche Elektronik auf der Steckkarte mit anderen Spannungen arbeit.

Es geht darum, dass es besser ist in der Nähe der Verbraucher wandeln. Idealerweise wurde man die 12 V auf die Steckkarte durchschleifen, und sie dort in die benötigte(n) Spannung(en) wandeln.

Ich kann nur dazu raten, den PC als Mehrzweckgerät zu betrachten. Und wie bei vielen Mehrzweckgeräten ist es nun mal so, dass da stellenweise Dinge vorgehalten werden, die man selbst nicht unbedingt braucht, dafür aber jemand anderes.

Der PC ist kein Mehrzweckgerät im eigentlichen Sinn. Er basiert auf einem Baukasten, so dass man aus Bausteine PCs für viele Anwendungsfälle zusammenstellen kann. Deswegen hat sich der PC durchgesetzt. Damit der Baukasten funktioniert müssen die Schnittstellen definiert sein und eingehalten werden.

Aber es muss von Zeit zu Zeit auch Änderungen an den Schnittstellen geben. Diese führen zu Brüchen.
Prozessorsockel ändern sich. PCIe-Steckplätze oder SATA haben Vorgänger abgelöst.

Diese ganze Diskussion ist auch um Kaisers Bart, weil die OEM-PCs längst den Weg der 12-V-only-Netzteile mit Wandeln auf dem Mainboard gehen. Damit haben die OEM-PCs den Baukasten verlassen. Intel hat nur einen neuen Stecker vorgeschlagen, damit man wieder einen Standard bekommt. Wenn sich dieser durchsetzt, könnte man auch bei OEM-PCs Netzteile und Mainboards frei kombinieren.

 

[Miuwa]

Es geht darum, dass auf den Steckkarten nochmals Spannungswandler sind. Weil die eigentliche Elektronik auf der Steckkarte mit anderen Spannungen arbeit.

Aber das hast du doch eben so oder so, solang die Schnitstellenspezifikation zur Steckkarte nicht angepasst wird.

Ich mein, Keiner bestreitet, dass es prinzipiell sinvoller wäre alle benötigten Spannungen (zumindest bei niedriger Leistung) direkt vor Ort aus einer einzigen Versorgungsspannung zu wandeln, als 3 verschiedene "Versorgungspannungen" zu Routen, und dann immernoch vor Ort auf die Zielspannung wandeln zu müssen *), weil man dadurch eben die Zwischenspannungen und damit verbundenen Wandlern komplett elimieren kann, wie du das ja auch schon erklärt hast.

Die Diskussion geht aber darum, ob es - solange 5V / 3,3V nach wie vor an den PCIE, M.2., SATA etc. Schnittstellen benötigt wird (egal, was dahinter damit passiert / ob es dann tatsächlich genutzt wird), wirklich besser ist, wenn diese auf dem Mainboard statt im NT generiert werden. Und dafür ist es eben recht irrelevant ob z.B. die 3,3V die an der Schnitstelle so oder so vorhanden sein muss danach noch mal gewandelt wird oder nicht, weil dieser extra Baustein dann eben so oder so benötigt werden würde.

Das es für das Mainboarddesign besser/effizienter/einfacher ist, z.B. die 3,3V direkt am M.2 /PCIE Steckplatz aus den 12V zu generieren, als vom ATX Stecker hinzurouten, wird heir zwar am Rande immer wieder behauptet/vermutet, aber wenn das wirklich so wäre, dann würde doch die Mainboards nichts daran hindern das auch jetzt schon so zu tun und die 3,3V vom NT einfach nicht zu nutzen.

Falls das außerhalb des OEM Markts bisher nicht der Fall ist, wäre der für mich logische Schluss, dass es eben kein Win-Win ist, sondern ein Tradeoff ist: Einfachers NT vs komplizierteres Mainboard.
In Summe mag das immer noch besser sein, (wofür die Verbreitung im OEM Markt spricht, nur da herrschen ja auch andere Marktbedingung vor als bie Systemen, die aus Einzelkomponenten unterschiedlicher Hersteller zusammengebaut werden). Nur quantitativ "Belegt" oder auch nur ausführlich begründet hat das bisher soweit ich sehe noch keiner und damit bleiben Aussagen in die eine oder andere Richtung im wesentlichen Behauptungen/Vermutungen. Und wie so üblich bei Tradeoffs: die Gewichtung der einzelnen Vor- und Nachteile ist häufig von Person zu Person und Anwendungsfall zu Anwendungsfall verschieden.


*) Mich würde interessieren ob es für Effizienz/Kosten/Bauteilgröße einen nenneswerten Unterschied macht, ob man z.B. 1,3V Ausgangsspannung aus 12V oder 3,3V Eingangspannung wandelt. In einem Fall haben wir einen Unterschied von Faktor 10 im anderen nur von 2,5. Kenn mich mit solchen Bauteilen leider nicht aus und weiß nicht ob das irgendwie relevant ist oder nicht.

Ergänzung (23. Januar 2021)

Diese ganze Diskussion ist auch um Kaisers Bart, weil die OEM-PCs längst den Weg der 12-V-only-Netzteile mit Wandeln auf dem Mainboard gehen. Damit haben die OEM-PCs den Baukasten verlassen. Intel hat nur einen neuen Stecker vorgeschlagen, damit man wieder einen Standard bekommt. Wenn sich dieser durchsetzt, könnte man auch bei OEM-PCs Netzteile und Mainboards frei kombinieren.

Das find ich einen sher guten Punkt der hier (auch von mir) leicht aus den Augen verloren wird.

 

[DaBzzz]

Kosten nicht (in PC-Größenordnung), Effizienz schon eher. Je näher Vin und Vout liegen, desto effizienter normalerweise - dafür gibts extern mehr Verluste, da ja höhere Ströme mit mehr ohmschen Verlusten zugeführt werden müssen. CPU-Versorgung an 12V statt 3V3 ist genau so ein Beispiel.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62207.pdf
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5166.pdf (extremer 3-65V wide input)

 

[Winder]

Das einzige Probem sehe ich bei den 3,3V.

Bei den fest verlöteten Teilen des Mainboard kann man die Bauteile so wählen, das man 3,3V und 5V nicht mehr braucht. Alte USB Ports werden vielleicht momentan noch mit 5V betrieben, aber die neueren Varianten benötigen flexible Spannungen, die einen eigenen Spannungswandler erfordern. Also 5V direkt auf dem Mainboard braucht man in Zukunft eh nicht mehr.

5V braucht man eigentlich nur noch für die SATA Geräte. Manche haben davon 0 im Rechner, andere 10. Da ist die Lösung ganz einfach. Für neue Geräte einen neuen Standard Namens SATA12VO herausbringen. Solange die Stecker kompatibel bleiben, funktioniert das auch mit den alten Netzteilen. Für Leute, die ihre alten Festplatten und Laufwerke im neuen Rechner behalten wollen, gibt es dann mehrere Mögichkeiten. 1. Sie kaufen sich ein Mainboard nach dem alten Standard und benutzen alles Alte weiter. 2. Das neue Mainboard stellt die Stromversorgung für die SATA Geräte. 3. Eine kleine Wandlerbox erzeugt die nötigen Spannungen. 4. Premium Netzteile haben diese Wandlerbox integriert und man hat die Möglichkeit mehrere SATA Stromkabel an das Netzteil anzuschließen.
Also, bei 5V sehe ich überhaupt keine Probleme, sondern nur Lösungen.

Problematisch sind halt nur die 3,3V. Diese müssen laut Spezifikation bei den PCIE und M.2 Slots vorhanden sein. Und da kann man auch nicht naträglich noch einen Adapter zwischenbauen. Das heißt, diese Spannung muss vom Mainboard generiert werden. Bei neuen PCIE Karten könnte man vielleicht sagen, das ab PCIE 5.0 keine 3,3V mehr genutzt werden soll. Die Mainboards müssen diese Spannung aber dennoch bereitstellen um abwärtskompatibel zu bleiben. Ansonsten müssten die Hersteller den Kunden erklären, das manche alte PCIE Karten laufen und andere nicht. Vielleicht kann man die 3,3V dann sehr viel später auch bei den Mainboard abschaffen, wenn es so gut wie keine alten Karten mehr gibt.
Bei den M.2 Steckplätzen hat man hingegen gar keine Chance, die brauchen zwingend 3,3V. Da würde nur ein komplett neuer Standard helfen.

Dennoch bin ich für ATX12VO.
5V ist kein Problem.
Auf welche Stromstärken soll man die 3,3V und 5V Schienen im Netzteil denn auslegen? Momentan übertreibt man dort einfach maßlos, weil der Netzteilhersteller nicht weiß was im Rechner verbaut sein wird. Leute mit einem Mini-PC haben vielleicht nur eine dicke Gaming-Grafikkarte (die keine 3,3V benötigt) und ein oder zwei M.2 SSDs. Ein passendes Mini-ITX Board stellt dann halt die nötigen Spannungen zur Verfügung. (1+PCIE + 2*M.2)
Wer natürlich ein ATX-Board mit 6 PCIE und 5 M.2 Steckplätzen haben möchte, muss dann beim Mainboard etwas mehr bezahlen. Aber dafür wird halt das Netzteil etwas günstiger. Man kann wahrscheinlich ein schwächeres Netzteil nehmen, da die 3,3V und 5V Schiene momentan völlig überdimensioniert werden und dies bei der Wattangabe dazu addiert wird.

Ich bin dafür.
Irgendwann muss man halt einmal anfangen aufzuräumen.
Und irgend jemand ist immer am heulen.

Die meisten werden damit sogar Geld sparen.
Entweder kaufen sie sich eh einen komplett neuen Rechner. (Weil der Alte schon viel zu alt war)
Oder sie wollen einen möglichst kleinen Rechner. (Hier hilft ATX12VO)

Nur Leute, die einen großen Rechner mit einem dutzend Steckkarten, Laufwerken und Festplatten benötigen, müssen noch einmal genau nachrechnen, ob das billigere Netzteil nun das teurere Mainboard aufwiegt. (Aber das sind halt nur <1% der Kunden)

 

[ETI1120]

Bisheriger 24-pin-ATX-Stecker lt Upgrading & Repairing PC 21 Auflage:
Bei einem Strom von je Pin 6 A (maximaler Strom mit Standardsteckverbindungen) übertragen

• 4 Pins mit 3,3 V insgesamt eine Leistung von 79,2 W, 21,2 % der Gesamtleistung
• 5 Pins mit 5 V insgesamt eine Leistung von 150 W, 40,2 % der Gesamtleistung,
• 2 Pins mit 12 V insgesamt eine Leistung von 144 W, 38,6 % der Gesamtleistung

Gesamtleistung = 373,2 W. Durch Wahl hochwertigerer Steckverbindungen kann man höhere Ströme übertragen. Dadurch kann entsprechend mehr Leistung übertragen werden.

Falls diese 373,2 W nicht ausreichen, kann man auf dem Mainboard 4- oder 8-polige 12-V-Stecker zur CPU-Versorgung unterbringen. Der 4-polige Stecker stellt 2 zusätztliche 12-V-Pins zur Verfügung und kann weitere 192 W Leistung übertragen. Diese Steckverbinder vertragen höhere Ströme.

Das es für das Mainboarddesign besser/effizienter/einfacher ist, z.B. die 3,3V direkt am M.2 /PCIE Steckplatz aus den 12V zu generieren, als vom ATX Stecker hinzurouten, wird heir zwar am Rande immer wieder behauptet/vermutet, aber wenn das wirklich so wäre, dann würde doch die Mainboards nichts daran hindern das auch jetzt schon so zu tun und die 3,3V vom NT einfach nicht zu nutzen.

Es ist alles nicht so einfach.

• Genügen die 144 W, die die beiden 12-V-Leitungen bereitstellen?
• Wenn man den gesamten Strom über nur 2 von 11 Pins führt, steigen die Leitungsverluste und auch das Ausfallsrisiko.
• Da die 3,3 V da sind, führt man sie zu den PCIe- und M.2-Steckplätzen.

Man spart sich einen Spannungswandler und "entlastet" die 12-V-Leitungen.

• Und die 5 V, kann man auf 40 % der verfügbaren Leistung verzichten?
• Falls man die 5 V verwendet, müssen sie nochmals gewandelt werden. RAM-Bausteine z. B. kann man nicht mit 5 V versorgen.

Falls das außerhalb des OEM Markts bisher nicht der Fall ist, wäre der für mich logische Schluss, dass es eben kein Win-Win ist, sondern ein Tradeoff ist: Einfachers NT vs komplizierteres Mainboard.

Das alles ist eine Scheinlogik.
Alles in der Technik ist ein Tradeoff. Win-Win ist in der Technik selten.
Es geht immer darum, ob die Vorteile die Nachteile überwiegen.

Durch eine einheitliche Versorgungsspannung und das Verlagern der SATA-Power-Stecker werden auf dem Mainboard mehr Bauteile erforderlich. Diese sind erforderlich, um in den Schnittstellen geforderten 3,3 V und 5 V zu wandeln.

Durch das Vereinfachen der Schnittstelle zur Stromversorgung vereinfacht sich auch das Design der boardinternen Stromversorgung.

In Summe mag das immer noch besser sein, (wofür die Verbreitung im OEM Markt spricht, nur da herrschen ja auch andere Marktbedingung vor als bie Systemen, die aus Einzelkomponenten unterschiedlicher Hersteller zusammengebaut werden). Nur quantitativ "Belegt" oder auch nur ausführlich begründet hat das bisher soweit ich sehe noch keiner und damit bleiben Aussagen in die eine oder andere Richtung im wesentlichen Behauptungen/Vermutungen. Und wie so üblich bei Tradeoffs: die Gewichtung der einzelnen Vor- und Nachteile ist häufig von Person zu Person und Anwendungsfall zu Anwendungsfall verschieden.

Du hast es doch schon selbst geschrieben, die weite Verbreitung im OEM-Markt spricht dafür, dass es aus Gesamtsystemsicht von Vorteil ist, das Mainboard mit einheitlich 12 V zu versorgen.

Und da die Selbstbauer und Kleinanbieter nicht nur ein Mainboard kaufen, sondern einen gesamten PC zusammenstellen, profitieren in Summe auch sie.

Solche Änderungen einer Schnittstelle erzeugen Inkompatibilitäten. Falls die Netzteil- und Mainboardhersteller ihre Komponenten mit ATX12VO anbieten, werden die Komponenten nach ATX12V nicht von heute auf morgen verschwinden. Aber es ist kein Selbstläufer da Netzteile und Mainboards mit ATX12VO für Selbstbauer und Kleinanbieter verfügbar sein müssen.

*) Mich würde interessieren ob es für Effizienz/Kosten/Bauteilgröße einen nenneswerten Unterschied macht, ob man z.B. 1,3V Ausgangsspannung aus 12V oder 3,3V Eingangspannung wandelt. In einem Fall haben wir einen Unterschied von Faktor 10 im anderen nur von 2,5. Kenn mich mit solchen Bauteilen leider nicht aus und weiß nicht ob das irgendwie relevant ist oder nicht.

Auch das ist eine Scheinfrage.

Im Netzteil wird aus der Netzspannung eine Gleichspannung von 12 V erzeugt. Aus den 12 V werden die 3,3 V und 5 V durch Spannungswandler abgeleitet. Wenn man die bereits gewandelten 5 V nochmals wandelt, benötigt man nochmals Bauteile und es entstehen nochmals Wandlungsverluste.

Als der 24-polige ATX-Stecker nicht mehr ausgereicht hat, hat man zusätzlichen Stecker zur Versorgung der CPU spezifiziert. Zuerst einen 4-poligen dann einen 8-poligen. Natürlich hat man hierfür 12 V genommen.


PS.
Ich habe mir den Design Guide von Intel kurz angesehen.

Neu ist der 10-polige Stecker "Main Power Connector". Er stellt drei 12-V-Pins bereit.
Maximale Leistung:

• bei 6 A Maximalstrom: 216 W
• bei 8 A Maximalstrom: 288 W

Als Ergänzung für leistungshungrige Mainboards gibt es den "Extra Board Connector". Er ist sechspolig und hat drei 12-V-Pins. Also nochmal (216 ... 288) W. Es ist derselbe Stecker wie der 6-Pin-Stecker für Grafikkarten.

Beibehalten werden die bereits eingeführten 12 V Stecker zur Versorgung der CPU.

 

[ETI1120]

Wer natürlich ein ATX-Board mit 6 PCIE und 5 M.2 Steckplätzen haben möchte, muss dann beim Mainboard etwas mehr bezahlen. Aber dafür wird halt das Netzteil etwas günstiger. Man kann wahrscheinlich ein schwächeres Netzteil nehmen, da die 3,3V und 5V Schiene momentan völlig überdimensioniert werden und dies bei der Wattangabe dazu addiert wird.

Ein Board mit diesen Spezifikationen ist alleine schon teurer, weil es ein komplexes Design hat und nur in geringen Stückzahlen verkauft wird. Da fallen die paar Spannungswandler nicht ins Gewicht.

ATX12VO hat in einem solchen Szenario Vorteile. Die richtige Versorgung der Steckplätze ist im Design des Boards umgesetzt. Beim Zusammenstellen des System muss man bei ATX12VO nur die Gesamtleistung beachten.

Die meisten werden damit sogar Geld sparen.
Entweder kaufen sie sich eh einen komplett neuen Rechner. (Weil der Alte schon viel zu alt war)
Oder sie wollen einen möglichst kleinen Rechner. (Hier hilft ATX12VO)

Richtig, Bei diesen Kategorie wird nur nur der 10-polige Main Power Connector verbaut. Bei wenig Platz ist wichtig, dass sich ein 10-adriges Kabel einfacher verlegen lässt als ein 20- oder 24-adriges Kabel.

Nur Leute, die einen großen Rechner mit einem dutzend Steckkarten, Laufwerken und Festplatten benötigen, müssen noch einmal genau nachrechnen, ob das billigere Netzteil nun das teurere Mainboard aufwiegt. (Aber das sind halt nur <1% der Kunden)

Wie oben erwähnt solche Mainboards sind von Hause aus teurer.

Bei solch komplexen Boards kann sich ein einfacheres Design der internen Spannungsversorgung positiv auswirken.

 

[Miuwa]

Du hast es doch schon selbst geschrieben, die weite Verbreitung im OEM-Markt spricht dafür, dass es aus Gesamtsystemsicht von Vorteil ist, das Mainboard mit einheitlich 12 V zu versorgen.

Und da die Selbstbauer und Kleinanbieter nicht nur ein Mainboard kaufen, sondern einen gesamten PC zusammenstellen, profitieren in Summe auch sie

Und ich hab auch geschrieben, dass sich OEM Hersteller in einer anderen Situation befinden als Selbstbauer bzw. die Anbieter von Einzelkomponenten. Was für die einen von Vorteil ist muss nicht automatisch auch für die anderen einer sein. Es ist sicherlich ein indiz (deshalb hab ichs erwähnt), aber kein Beweis.

Ansonsten ist es aber ein guter Hinweis, dass der bisherige 24 Pol. Stecker vergleichsweise wenig Leistung auf 12V bereitgestellten kann und deshalb mein Argument "warum tun die Board Hersteller das dann nicht schon?" nicht greift.

Auch das ist eine Scheinfrage.

Das ist keine Scheinfrage, sondern etwas, was mich interessiert.

Zur Erinnerung: Ich bin auch überzeugt davon, dass es in Summe besser wäre, wenn man die Zwischenspannungen komplett eliminieren könnte (also den Fall, den wir wegen weiter existierenden Schnittstellen fürs erste noch nicht haben werden). Das heißt aber nicht, dass es nicht interessant sein kann sich auch diesen Fall im Detail anzusehen.

Die Gegenüberstellung war: Jede Einzelkomponente wandelt direkt und separat ihre paar Watt (oder weniger) an benötigter low Voltage Spannung aus 12V vs das NT übernimmt erstmal für alle zusammen den "großen" Sprung von 12 auf 3,3 und die Einzelkomponenten speisen sich daraus. Das sind zwei verschiedene Topologien, und nur weil es in der beiden einen Zwischenschritt mehr gibt heißt das nicht zwangsweise, dass sie ineffizienter ist.
Bei der Stromversorgung wird z.B. normalerweise auch erstmal zentral von 100KV auf 10-50kv und dann noch mal auf 230V gewandelt. Natürlich hinkt der Vergleich, aber es legt nahe, dass weniger Zwischenschritte nicht immer automatisch besser sind, wenn dafür jede einzelne Endstelle aufwändiger wird. Deshalb wollte ich eben wissen ob es für die End-wandler bei den Einzelkomponenten einen Untnerschied macht, ob sie von 12 oder 3,3 auf ihre Logikspannung wandeln müssen.

Dass für den Transport von mehrere hundert Watt an Leistung zur CPU und oder GPU natürlich lieber höhere Spannungen verwendet werden wiederspricht dem nicht. Genauso, wie Instustrieanlagen und andere Großverbraucher häufig direkt ans Mittel oder Hochspannungsnetz angeschlossen werden.

 

[Hibble]

Bei der Diskussion 3,3 und 5 Volt mittel- bis langfristig aus dem PC komplett zu entfernen wird bisher noch übersehen, dass es nicht damit getan ist, diese Spannungen von den Schnittstellen zu entfernen. Quasi alle ICs auf dem Mainboard werden direkt aus 3,3 und 5 Volt versorgt. Darunter fallen beispielsweise Multiplexer oder der Audio Controller (die Realtek Chips benötigen sogar beides: 3,3 V für die Digitalschaltung, 5 V für die Analogschaltung).

Auch die Illusion für die USB-Versorgung kein 5V mehr zu benötigen, kann ich nur entzaubern. Nicht nur sind natürlich alle nicht-powerdelivery-kompatiblen Geräte darauf angewiesen, sondern muss streng genommen für das powerdelivery-konforme Design die 5V Versorgung immer noch vorhanden sein.

Allein bei der Thematik mit dem Audioausgang sind wir derzeit also noch weit davon entfernt die Spannungen loszuwerden. Derzeit werden größtenteils ja entweder externe DACs (über USB) verwendet oder eben die interne Lösung über die Realtek Chips. Die einzige Möglichkeit beide Lösungen zu ersetzen, wäre die Tonspur digital über HDMI oder TOSLINK auszuleiten. Aber für PCs abseits des Multi-Media-Einsatzes sehe ich das nicht unbedingt als praktikable Lösung an. Und selbst HDMI und TOSLINK sind beides afaik Schnittstellen, dessen Chips 3,3 oder 5 Volt benötigen. Denn die Spannungen werden für HDMI sicherlich als positiver Spannungspegel genutzt und für TOSLINK sind das die Spannungen, mit denen die Photodiode und Digitalschaltung arbeitet.
Eine Stromversorgung mit Spannungen kleiner als 3,3 V wird zudem nur für Mikroprozessoren umgesetzt, die auch höhere Leistungsaufnahmen haben (also 1 W oder mehr). Bei den embedded Mikroprozessoren ist 3,3 V schließlich auch noch der Standard.

 

[Winder]

Es hat ja niemand gesagt, das USB in Zukunft keine 5V mehr liefern kann.
Wenn neuere USB Ports aber auch höhere Spannungen unterstützen sollen, dann muss man vor dem USB Chip auf dem Mainboard eh einen Spannungswandler setzen. Warum soll man diesen USB Chip dann noch einmal extra an die 5V anschließen, wenn diese Spannung auch vom Spannungswandler geliefert werden kann?

Und das viele Chips heutzutage 3,3V und 5V benötigen, ist wohl eher historisch begründet. Diese Spannungen waren früher dafür vorgesehen und dafür gibt es heutzutage halt das nötige Ökosystem. Umso mehr OEMs allerdings 12V only Systeme bauen wollen, umso mehr werden auch Chiphersteller wie Realtek Chips liefern, die direkt mit 12V laufen. Intern arbeiten diese Chips eh mit ganz anderen Spannungen. Die Transistoren von Chips mit Millionen von Transistoren sind so klein, das sie bei 3,3V gleich durchbrennen würden.

 

[Hibble]

Die Transistoren von Chips mit Millionen von Transistoren sind so klein, das sie bei 3,3V gleich durchbrennen würden.

Bin zwar kein Mikroelektroniker, aber ich würde mich mal soweit aus dem Fenster lehnen, um sagen zu können, dass die Transistoren tatsächlich mit 3,3V arbeiten. Ich hab es ja gerade eben schon mit den embedded Mikrocontrollern angesprochen: Die werden quasi alle mit 3,3 V direkt versorgt. Un wie man es auch mit der Taktfrequenz um die 48 MHz ahnen kann, werden entsprechend große Strukturbreiten verwendet, sodass da auch nichts durchbrennt bei den Spannungen.

Die Nodes mit denen aktueller Hochleistungs-CPUs werden so generische Chips niemals betrieben werden. Ich weiß auch nicht, ob man jemals soweit gehen würde solche Chips mit kleineren Spannungen zu versorgen. Denn dafür bräuchte es erst einmal einen Standard unterhalb von 3,3V für solche generischen ICs. Denn viel Halbleiterfläche wird man auch mit den neueren Nodes für solche Chips nicht sparen können. Insbesondere wenn die ICs beides verbaut haben: Analog und Digitalschaltungen. Denn die Platzersparnis betrifft natürlich nur die Digitalschaltungen.

 

[ETI1120]

Allein bei der Thematik mit dem Audioausgang sind wir derzeit also noch weit davon entfernt die Spannungen loszuwerden.

Die Wahrheit ist aber auch, dass es im PC nicht nur 3,3 und 5 V gibt. Bei allen Bausteinen die mit hohen Taktfrequenzen arbeiten gibt es den Druck die Versorgungsspannung zu senken, um den Verbrauch im Griff zu behalten.

Ein sachlicher Artikel vermittel ein Gesamtbild:

• ATX12VO bewirkt, dass Spannungswandler vom Netzteil auf das Mainboard verschoben werden,
• Auch beim aktuellen ATX12V sind auf dem Mainboard viele Spannungswandler eingebaut.
• Alle Zusatzstecker, die Mainboards oder Grafikkarten mit zusätzlicher Leistung versorgen, verwenden 12 V.

Ich bin intel gegenüber sehr kritisch eingestellt. Aber man muss anerkennen, dass viele Standards im PC auf intel zurückgehen oder maßgeblich von intel geprägt wurden. Sie haben damit sichergestellt, dass das "Ökosystem" PC gut funktioniert. Natürlich profitiert intel von einem gesunden "Ökosystem" PC, da sie damit ihre Prozessoren Chipset und WLAN-Chips gut verkaufen.

Wieso hat intel ATX12VO spezifiziert?

• Sie produzieren keine Mainboards mehr und produzieren auch keine Netzteile. Es ging also nicht um Kohle für intel.
• Was sind die Vorteile? Dazu habe ich nichts im Artikel gefunden.
• In einer Diskussion über Programmiersprachen auf comp.lang.ada hat Jean Ichbiah gesagt:

Wenn man keine 3 Dinge nennen kann, die eine neue Programmiersprache besser kann, als die bereits bestehenden, dann hat man die neue Programmiersprache nicht verstanden.

Mal so eine Frage, wie beeinflusst es die Preise für ATX12V-Netzteile und der dazu passen Mainboards, wenn die Großserien ein eigenes Süppchen kochen?

 

[Winder]

Bin zwar kein Mikroelektroniker, aber ich würde mich mal soweit aus dem Fenster lehnen, um sagen zu können, dass die Transistoren tatsächlich mit 3,3V arbeiten. Ich hab es ja gerade eben schon mit den embedded Mikrocontrollern angesprochen: Die werden quasi alle mit 3,3 V direkt versorgt. Un wie man es auch mit der Taktfrequenz um die 48 MHz ahnen kann, werden entsprechend große Strukturbreiten verwendet, sodass da auch nichts durchbrennt bei den Spannungen.

Selbst innerhalb eines Chips gibt es unterschiedliche Transistoren, die unterschiedlich viel aushalten müssen. Die Transistoren im I/O Teil, die mit der Aussenwelt kommunizieren, arbeiten natürlich mit höheren Spannungen, als die Transistoren in den Recheneinheiten.

Und ein embedded Mikrocontrollern mit 48 MHz ist halt wirklich alte Technik.
Selbst PCIe 2.0 läuft mit 2,5 Ghz und kommt somit bei 2 Bits pro Takt auf 5GT/s. (PCIe 6.0 soll 64 GT/s erreichen / das müssten 16GHz mit je 4 Bits pro Takt sein)
Da liegen Welten zwischen.
Gerade bei USB, HDMI, Displayport und PCIe wird das immer extremer. Die Taktraten gehen weit in den GHz Bereich und dabei müssen dann auch noch 2 oder 4 Bits pro Takt übertragen und erkannt werden. Das ist eine unglaublich komplexe Aufgabe für die man unglaublich intelligente Algorithmen benötigt. Auf einem normalen Oszilloskop würde man nur noch eine rauschende Wolke erkennen.
Dafür brauch man einfach große Mengen Transistoren, die auch noch hoch takten. Und das geht natürlich nur mit einem einigermaßen modernen Fertigungsprozess. (Natürlich kein 7nm oder 14nm)

 

[ETI1120]

Es hat ja niemand gesagt, das USB in Zukunft keine 5V mehr liefern kann.
Wenn neuere USB Ports aber auch höhere Spannungen unterstützen sollen, dann muss man vor dem USB Chip auf dem Mainboard eh einen Spannungswandler setzen. Warum soll man diesen USB Chip dann noch einmal extra an die 5V anschließen, wenn diese Spannung auch vom Spannungswandler geliefert werden kann?

Und das viele Chips heutzutage 3,3V und 5V benötigen, ist wohl eher historisch begründet. Diese Spannungen waren früher dafür vorgesehen und dafür gibt es heutzutage halt das nötige Ökosystem. Umso mehr OEMs allerdings 12V only Systeme bauen wollen, umso mehr werden auch Chiphersteller wie Realtek Chips liefern, die direkt mit 12V laufen. Intern arbeiten diese Chips eh mit ganz anderen Spannungen. Die Transistoren von Chips mit Millionen von Transistoren sind so klein, das sie bei 3,3V gleich durchbrennen würden.

Es wird keine Elektronik geben, die direkt mit 12 V arbeitet. Halbleiter arbeiten mit niedrigeren Spannungen.
Im IC kann man keinen Spannungswandler integrieren. Das wird durch externe Bausteine erledigt

Die CMOS-Schaltungstechnik hat sich in der Elektronik durchgesetzt, weil im statischen Zustand nur sehr kleine Leckströme anfallen. Bei der Zustandsänderung fallen zusätzliche Ladeströme an. Je höher die Taktfrequenzen sind desto mehr Zustandsänderungen* je Zeiteinheit treten auf. Deshalb steigt der Verbrauch der CMOS-Logiken mit steigender Taktfrequenz. Als Gegenmaßnahme hat man die Spannung gesenkt, damit werden auch die Ladeströme bei den Zustandsänderungen kleiner.

Als der PC eingeführt wurde, verwendeten die Prozessoren 5 V. Beim 486 und 586 wurden je nach Chip/Chipsatz 5 V oder 3,3 V verwendet. Seit dem 686 verwenden die Prozessoren niedrigere Spannungen. Die tatsächlich verwendeten Spannungen können eingestellt werden. Es war nicht praktikabel diese einstellbaren Spannungen vom Netzteil bereitstellen zu lassen.

Das Problem ist also, dass viele ICs nicht mehr mit 3,3 V und 5 V versorgt werden können. Deshalb müssen auf dem Mainboard Spannungswandler verbaut werden.

Außerdem hat sich in der Halbleitertechnik in den letzten Jahren sehr viel getan, sodass auch DC/DC-Wandler sehr klein geworden sind und brauchbare Wirkungsgrade haben.


*) Das ganze Berechnen in der CPU beruht auf diese Zustandsänderungen.

 

[Winder]

Es wird keine Elektronik geben, die direkt mit 12 V arbeitet. Halbleiter arbeiten mit niedrigeren Spannungen.
Im IC kann man keinen Spannungswandler integrieren. Das wird durch externe Bausteine erledigt

Ok, da habe ich mich schlecht ausgedrückt.

Ich meinte Chips die auf die Verwendung von 12V ausgelegt sind, natürlich mit den dazugehörigen Schaltungen nach Vorgabe der Hersteller.