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

Hibble schrieb:
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.
Man versucht natürlich solange es geht auf 3,3 V oder 5 V zu bleiben. Deshalb bleiben diese Spannungsebenen in Gebrauch.

Es gibt viele Anwendungsgebiete, gerade im embedded-Umfeld, die nur eine begrenzte Rechenleistung benötigen. Dieser Microcontroller sind dafür konzipiert solche Anwendungsälle mit Standardtechnik umzusetzen.

Die 48 MHz als interne Taktfrequenz von Prozessoren waren in der PC-Technik vor ca. 30 Jahren aktuell.
Damals hat man die CPUs noch mit 5 V versorgt. Aber als die Taktfrequenzen größer wurden, musste die Versorgungsspannung der CPU gesenkt werden.
Und das ging damals ziemlich schnell.
Der Pentium startet 1993 60/66 MHz und 5 V.
Die zweite Generation 1994 bot höhere Taktfrequenzen, bis zu 200 MHz
Deshalb unterscheiden sich sogar Pentium-CPUs bei der Versorgungsspannung.

Hibble schrieb:
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.

Dieses Beispiel ist für den PC nicht relevant, da ein embedded Mikrocontroller nicht in einem PC verbaut wird.
Die Realität im PC ist, dass zur Versorgung von CPU und RAM kleinere Spannungen als 3,3 V bzw. 5 V verwendet werden. Für andere ICs mit hohen Taktraten gilt dasselbe.

Und auch für das embedded Umfeld gilt:
Wenn man mehr Rechenleistung benötigt und deshalb leistungsfähigere Mikrocontroller mit höherer Taktfrequenz einsetzt, muss man in den sauren Apfel beißen und in der Beschaltung des Mikrocontrollers die niedrigere Versorgungsspannung bereitstellen. Da bedeutet natürlich auch höhere Kosten für das Gerät.
 
ETI1120 schrieb:
Dieses Beispiel ist für den PC nicht relevant, da ein embedded Mikrocontroller nicht in einem PC verbaut wird.
Das nicht, aber es gibt ICs mit Hardwaredecodern, wie beim PC den HD Audio Controller, der natürlich nicht mit GHz takten muss, um einen kbit/s Bitstream zu dekodieren. Da lohnt es sich einfach nicht für ein paar mA hier über einen feineren Prozessschritt die Stromversorgung auf eine kleinere Spannung zu brechen.

Die zahlreichen Nuvoton-Controller für die System-IOs brauchen natürlich auch keine hohe Rechenleistung und werden mit 3,3 V versorgt, weil das der Spannungspegel der generischen IOs ist, die auf den "langsamen" seriellen Protokollen laufen, wie man sie auch im embedded Bereich hat. Wenn man von 3,3V weg will, müsste man mit allen Herstellern erst einmal über einen neuen gemeinsamen Spannungspegel übereinkommen, weil sonst der IC, der mit kleinerer Spannung versorgt wird, von dem gegrillt wird, der mit der höheren Spannung mit jenem auf einem Bus kommuniziert.
Und letztendlich wird man nicht davon wegkommen in einem PC ein kleines embedded Systems zu haben. Das fängt bei der Lüftersteuerung an, hört aber schlicht und ergreifend damit auf, dass nicht alle Schnittstellen mit der Außenwelt genauso wie die Schnittstellen intern von der AMD- / Intel-Plattform nativ bereitgestellt werden.
 
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Hibble schrieb:
Das nicht, aber es gibt ICs mit Hardwaredecodern, wie beim PC den HD Audio Controller, der natürlich nicht mit GHz takten muss, um einen kbit/s Bitstream zu dekodieren. Da lohnt es sich einfach nicht für ein paar mA hier über einen feineren Prozessschritt die Stromversorgung auf eine kleinere Spannung zu brechen.
Ja, es wird weiterhin Bausteine auf dem Mainbord geben, die mit 3,3 V oder 5 V Versorgungsspannung betrieben werden. Wenn es technisch möglich ist den Baustein mit 3,3 V bzw. 5 V zu betreiben, dann wird der Hersteller seinen Baustein für eine dieser beiden Spannungen auslegen.

Aber es gibt genügend Bausteine auf dem Mainboard, die nicht mit diesen beiden Spannungen arbeiten.
D. h. es werden schon heute Spannungswandler auf dem Mainboard eingebaut.

Spannungswandler sind Standardbauteile und sie werden in der modernen Elektronik im großen Maßstab eingesetzt. Jeder mit Batterie betriebene Computer benötigt Spannungswandler. Nur durch sie kann die erforderliche Versorgungsspannung bereitgestellt und stabilisiert werden.

Dass einige Spannungswandler aufs Mainboard wandern ist also eine Kleinigkeit und hat auch Vorteile.



Man sollte einen kurzen Blick auf die Historie werfen:
- Der PC wurde ursprünglich mit den AT-/LPX-Steckern eingeführt. Die Versorgungsspannungen waren 5 V und 12 V.

- Der Standard ATX12V V1.0 erschien 1995. Er prägt bis heute das Design der Spannungsversorgung in PCs. Bestandteil war u. a. der 20-poligen Stecker zur Mainboard-Versorgung. Neu waren auch die 3,3 V. Dies geschah zur selben Zeit als die CPUs auf 3,3 V Versorgungsspannung wechselten.

- Der Standard ATX12V V2.0 erschien 2003. U. a. wurde der 20-polige Stecker zur Mainboard-Versorgung durch den aktuellen 24-poligen Stecker ersetzt.

- In den V2.x-Versionen, wurde Varianten des Steckers spezifiziert. Sie erlauben höhere Ströme. An der Belegung des 24-poligen Steckers hat sich nichts geändert. Aber die Technik hat sich weiterentwickelt.

- DELL, HP, Lenovo die anderen Anbieter von Komplettsystemen arbeiten schon länger mit 12VO-Netzteilen. Allerdings verwenden sie jeweils eigene Stecker. Sie haben sich damit vom ATX12V-Standard verabschiedet. Bei den Komplettsystemen geht es vor allem um die OfficePCs.

- intel hat 2019 den Standard ATX12VO veröffentlicht. intel definiert darin Standardverbinder, die nur noch 12V fürs Mainboard bereitstellen. Außerdem 4- und 8-polige Stecker für die Versorgungskabel der SATA-Laufwerke.

- Dass sich ATX12VO etabliert, ist bei weitem nicht sicher. Für die Kunden und die Hersteller der Komponenten wäre es gut. Aber trifft das auch für Dell, HP, Lenovo und die anderen Anbieter von Komplettsystemen zu? Ich weiß es nicht.

- Und nur wenn sich ATX12VO bei den Großserien-PCs etabliert, werden die entsprechenden Mainboards und Netzteile im DIY-Markt angeboten.

Was bedeutet es, wenn sich ATX12VO nicht durchsetzt sollte? Dann wird der größte Teil der PCs weiterhin mit firmenspezifischen Netzteilen und Mainboards produziert. Und die Teilung des Marktes wird zementiert.
 
owned139 schrieb:
....die Komplexität der Netzteile nimmt ab.
Und die auf den Boards nimmt zu, welches Teil tauscht man für gewöhnlich über die Jahre eher mal aus?
Ich rede dabei nicht von "welches Teil sollte man eher tauschen" sondern was realisitsch ist.
Hab mein Enermax seit 10 Jahren und ich kenne keinen der sein NT beim Upgrade tauscht wenn es noch gut genug ausschaut.
 
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Kommt darauf an, wie oft man seinen PC tauscht. Aktuell sind es bei mir 9-10 Jahre, bis ich mal wieder wechsle (ich game allerdings nicht), da wandert der alte PC komplett in die Zweitverwertung bis vielleicht das ein oder andere Laufwerk, und ich kaufe auch mein Netzteil neu..Ein ordentliches Netzteil für einen Luxus-Office-PC kostet allerdings auch nur 50-60 € (um 500W), das tut dann auch nicht weh..
 
Maxxx800 schrieb:
Zu der Haltbarkeit. Mein 850w Adada Netzteil ist jetzt 13 Jahre alt, funktioniert immer noch einwandfrei.
Mein Corsair 850TX ist ebenso alt, funktioniert auch noch tadellos.

Gute Netzteile halten sehr lange durch.

Adada? Und woher willst Du das wissen? Hast Du sämtliche Elkos und Leitungen durchgeprüft? Nur weil es noch läuft, heißt das nicht, es ist noch im Top-Zustand. ;)
 
Drikkes schrieb:
Bitte nicht... warum muss man immer alles gut funktionierende verschlimmbessern?

ATX12V ist ein überholtes Design. Ein Großteil der Systeme hat es hinter sich gelassen.

Bei den MiniPCs regt sich niemand auf, dass sie mit 19 V versorgt werden.

Die Frage ist, ob sich für die Verbindung zwischen Netzteil und Mainboard mit ATX12VO ein neuer Standard etabliert.

Bei den 12-V-only Systemen sinkt die Komplexität der Netzteile erheblich.
Sennox schrieb:
Und die auf den Boards nimmt zu,
Ist dem wirklich so?

Man bekommt leider keine Schaltpläne zu den Mainboards mitgeliefert. Das einzige was ich gefunden haben sind die Schaltpläne eines 2-Prozessor-Serverboards. (https://www.opencompute.org/wiki/Se...ards_Featuring_Intel_Xeon_Scalable_Processors)

Dieses Design basiert auf einen 12V-only-Netzteil (PSU). Es ist ein 2-P-Serverboard und damit erheblich komplexer als ein Mainboard für einen PC. Außerdem hat dieses Board noch einen On-Board-Memory-Controller (BMC).

Screenshot_20210205_203922_PowerDeliveryDiagram.png

Das Power Delivery Diagram des Projects Olympus zeigt die Spannungsverteilung von Netzteil und Mainboard als Blockschaltbild. Es ist eine von mehr als 200 Seiten des Schaltplans
Alle Spannungswandlerschaltungen werden durch Achtecke repräsentiert. Die Spannungswandlerschaltungen für 3,3 V und 5 V habe ich gekennzeichnet.
  • Es ist ein Spannungswandler-IC für 5 V verbaut. Die 5 V werden hauptsächlich für die Versorgung der 12 SATA- und 3 USB-Schnittstellen gebraucht. Die Elektronik braucht nur 1 A (5 W) von 22,94 A (114,5 W)
  • Ein Spannungswandler-IC für 3,3 V versorgt die 5 PCIe- und 4 M.2-Steckplätze, orange.
  • Ein Spannungswandler-IC für 3,3 V versorgt die OnBoard-Elektronik, grün.

Man sieht auf den ersten Blick, dass viele verschiedene Spannungsebenen und Spannungswandlerschaltungen auf dem Mainboard sind. Die Spannungswandlerschaltungen für DDR-RAM und CPUs sind außerdem erheblich komplexer als die für 3,3 V bzw. 5 V. Ein erheblicher Teil des Aufwands entfällt dabei aufs Stabilisieren der Spannungen. Das Stabilisieren der Spannungen geht in der Nähe der Verbraucher leichter als im Netzteil.

Insgesamt sind mehr als 40 Spannungswandler-ICs auf diesen Mainboard verbaut. Bei einem PC-Mainboard sind es weniger Bausteine, da nur ein Prozessor und 2 Speicherkanäle versorgt werden müssen.

Wird das Power Delivery Diagramm des Mainboards weniger komplex, wenn man die 5 V und 3,3 V im Netzteil wandelt und sie parallel zu den P12_STBY ins Mainboard führt?

Sennox schrieb:
welches Teil tauscht man für gewöhnlich über die Jahre eher mal aus?
Und warum ist das wichtig?

Mainboards sind ohnehin teurer als Netzteile.
Die Preisspanne in der Mainboards angeboten werden, ist beträchtlich.
 
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