ATX12VO energiezuinige pc-voedingsstandaard
De Advanced Technology Extended (ATX) voedingsstandaard voor desktopcomputers is nu een kwart eeuw oud. Hoewel deze om de paar jaar werd bijgewerkt, slepen de ATX-voedingen nu veel onnodige ballast met zich mee uit de beginperiode vanwege de compatibiliteit. Daardoor is het energieverbruik bij een lage belasting onnodig hoog, terwijl moderne processors steeds zuiniger worden dankzij betere energiebesparende functies.
Om te voldoen aan de steeds strengere richtlijnen in Europa, de Verenigde Staten en Japan voor het verbruik van elektrische apparaten in het algemeen en desktop-pc’s in het bijzonder, heeft Intel de ATX12VO-specificatie (ATX 12 Volt only) gelanceerd (zie de link op de laatste pagina van dit artikel). De chipproducent gaf ons preproductie-exemplaren van het LGA1200 Asrock Z490 Phantom Gaming 4SRmoederbord en de High Power HP1-P650GD-F12Svoeding met de nieuwe technologie om de eerste tests uit te kunnen voeren.
De belangrijkste wijziging ten opzichte van de vorige ATX-standaard is dat de voeding het moederbord alleen van 12V-spanning voorziet. Daardoor zijn op sommige plaatsen in de pc andere stekkerverbindingen nodig. Bovendien moeten de ATX12VO-voedingen met een hoger minimumrendement draaien dan voorheen, dat vooral bij lage belasting de 80-plus specificaties overtreft.
ANDERE SPANNINGSBEHOEFTES
Intel haalt er flink de bezem door bij ATX12VO. Er zit nog maar één transformator in een pc-voeding, die de netspanning omzet naar 12 volt. Andere door het moederbord benodigde spanningen zoals 3,3 volt en 5 volt worden door het moederbord zelf gegenereerd. Dat heeft als voordeel dat de benodigde componenten zijn gedimensioneerd voor de eisen van het moederbord, zoals het aantal usb- en SATA-poorten, en dus efficienter zijn.
ATX-voedingen moeten daarentegen stroom met tweecijferig ampèrebereik kunnen leveren op de 3,3en 5V-rails, omdat de processor al meer dan 20 jaar op die manier wordt gevoed. Sinds het Pentium 4-tijdperk komen dergelijke hoge stromen voor de twee spanningen echter niet meer voor en zijn de ruim bemeten converters niet meer nodig omdat de 12V-rail sindsdien voor de cpu-kernspanning wordt ingezet. Die verandering had het voordeel dat er minder stroom nodig is voor hetzelfde vermogen en dat daarmee dunnere kabels voldoende zijn.
Verder zijn onboard omvormercircuits al lang gemeengoed: ATX-moederborden genereren lokaal de spanningen voor RAM (1,2 tot 1,5 volt), cpu (0,7 tot 1,5 volt), chipset en diverse I/O-chips (2,5 of 1,8 volt).
Overigens is het idee van 12V-technologie voor desktop-pc’s niet nieuw. De pc-fabrikant Fujitsu heeft samen met de voedingsfabrikant FSP zo’n tien jaar geleden een eigen 12V-ecosysteem ontwikkeld, dat werd gebruikt in zuinige zakelijke pc’s.
COMPACTE STEKKERS
De huidige 24-pins ATX-connector tussen de voeding en het moederbord wordt bij ATX12VO vervangen door een tien-pins Main Power Connector. Die gebruikt hetzelfde raster van 4,2 millimeter en is voorzien van gecodeerde contacten. Die voorkomen dat je hem per ongeluk ondersteboven aansluit of dat andere connectors worden ingeplugd. Drie van de vijf aderparen van de Main Power Connector voorzien het moederbord van 12 volt als het wordt ingeschakeld. Volgens de specificatie levert elke pin ongeveer 6 tot 8 ampère, dus de nieuwe connector levert tot 288 watt aan vermogen.
In de Main Power Connector zit ook de 12-volt stand-bylijn (12VSB). Die levert ook stroom als de pc is uitgeschakeld (soft-off), in tegenstelling tot de bovengenoemde aders. Dat is nodig om de power te bieden voor wekfuncties zoals Wake-on-LAN, Wake-on-USB, de detectie van een ongeoorloofde opening van de behuizing (intrusion detection), maar ook voor stand-bymodi zoals Suspend-to-RAM.
Op de 12VSB-lijn moet de voeding permanent 1,5 ampère (oftewel 18 watt) kunnen leveren, en kortstondige belastingspieken tot 2,0 ampère, omdat hij ook dient als voedingsbron voor usb-poorten die smartphones of tablets opladen wanneer de pc is uitgeschakeld. Bij de vorige ATX-standaard lag de spanning voor de stand-bylijn op 5 volt met maximaal 3 ampère.
Twee van de lijnen die voorheen in de 24-pins ATX-voedingsconnector aanwezig waren, zijn 1:1 in de ATX12VO-standaard overgenomen. Via de contactpin PS_ON, meestal gemarkeerd met een groene kabel, meldt de printplaat aan de voeding dat de computer is ingeschakeld door een drukknop of door een wakefunctie en moet hij alle lijnen van energie voorzien. Nadat de voeding is opgestart, signaleert hij via het contact PWR_OK dat alle spanningen hun standaardwaarden hebben bereikt.
Maar met de 10-pins Main Power Connector is het nog niet klaar. Daarnaast schrijft de ATX12VO-specificatie de Extra Board Connector voor. Die 6-pins connector is bedoeld voor high-end moederborden, die bijvoorbeeld meerdere PEG-slots hebben of voorzien zijn van usb-poorten met Power Delivery. De Extra Board Connector is zowel mechanisch als elektrisch identiek aan de 6-pins PEG-voedingsconnector voor grafische kaarten. Net als de Main Power-aansluiting levert hij tot 288 watt. Bij multi-rail voedingen delen alle 12-volt lijnen van de twee moederbordconnectors de 12V1-rail.
SATA-POWER VANAF HET MOBO
De 4- of 8-pins cpu-voedingsconnector (ATX12V/ EPS12V) is uit de oude standaard overgewaaid. Deze verzorgt al 20 jaar de 12V-spanning voor de omvormers op het moederbord die de processorkernspanning leveren. Meestal hangen de lijnen binnenin de voeding aan een aparte 12V2-tak.
Ook de energievoorziening aan grafische kaarten verandert niet. Het moederbord levert 12 en 3,3 volt via de PCIe-slots en alle andere uitbreidingsslots. Bij
ATX12VO komt die laatste spanning niet meer rechtstreeks van de voeding, maar van het moederbord. Voor kaarten die meer dan 75 watt nodig hebben zijn de 6- en 8-polige connectors nog steeds aanwezig, die zijn toegewezen aan de 12V3- of 12V4-rail. De 12-pins voedingsconnector die Nvidia gebruikt in de Founders Edition van de GeForce RTX 3080 en 3090 maakt geen deel uit van de ATX12VO-specificatie, maar is een eigen connector.
Omdat de ATX12VO-voedingen geen 5 volt meer leveren, vervallen de kabels met SATA-voedingsconnectors vanaf de voeding. In plaats daarvan zijn er nieuwe connectors op het moederbord aangebracht van waaruit de SATA-voedingskabels beginnen. ATX12VO introduceert voor dit doel twee verschillende connectors: een 4-pins uitvoering levert tot 5 ampère bij 12 volt en iets meer dan 2 ampère bij 5 volt, wat voldoende is voor twee SATA-drives. Een 6-pins versie met een extra kabelpaar voor 12 volt verdubbelt het aantal SATA-voedingsaansluitingen op die kabel tot vier. Er is overigens geen gevaar voor verwarring tussen met de cpu- of PEG-pluggen, omdat er een kleiner rasterformaat van 3 in plaats van 4,2 millimeter wordt gebruikt.
In de praktijk worden de moederborden geleverd met verschillende connectors en kabels, afhankelijk van het aantal beschikbare SATA-poorten. De door ons geteste Asrock Z490 Phantom Gaming 4SR is uitgerust met twee 4-pins connectors voor in totaal vier drives.
De specificatie maakt het ook mogelijk om klassieke molexstekkers op de voeding aan te sluiten, maar dan wel met slechts 12 volt. Ze zijn daarom niet geschikt voor het aansluiten van drives, maar alleen voor fans, waterpompen of led-verlichtingselementen.
ENERGIEBESPARING
In tegenstelling tot de verouderde ATX-voedingsspecificatie dicteert de ATX12VO veel strengere specificaties voor de efficiëntie. Minimaal de waarden voor 80 Plus Brons moeten worden gehaald. Het rendement bij een belasting van 20, 50 en 100 procent moet respectievelijk minstens 85, 88 en 85 procent zijn. De ATX-specificaties zijn veel milder bij 65, 72 en
MEER BESPAREN
We hebben zowel de efficiëntie van de ATX12VOvoeding van High Power op geselecteerde belastingspunten onderzocht als het energieverbruik van het complete systeem met het Asrock Z490 Phantom Gaming 4SR-moederbord. Een datasheet voor de voeding was niet beschikbaar. Op basis van onze meetresultaten voor het rendement (90, 92 en 90 procent) bij 20, 50 en 100 procent belasting voldoet hij makkelijk aan de eisen van 80 Plus Gold en is het een zeer efficiënte voeding.
We stonden versteld van de beduidend hogere efficiëntie bij lage belasting. Daar kan de ATX12VO-technologie zoals we eerder aangaven zijn voordelen ten volle benutten omdat de omvormverliezen voor de weinig gebruikte 3,3- en 5-volt-rails worden geëlimineerd. Bij 10 watt haalt de voeding een rendement van 77 procent: wanneer de pc-componenten 10 watt nodig hebben, haalt de voeding 13 watt uit het stopcontact. In onze vorige tests met ATX-voedingen bereikten de meeste van hen echter een rendement van slechts 60 procent, sommige zelfs maar 50 procent. Dus voor elke watt praktisch vermogen is er een extra watt die de voeding ongebruikt verstookt.
We hebben ook het Asrock Z490 Phantom Gaming 4SR ATX12VO-moederbord uitgerust met de tien-core Core i9-10900K en 16 GB DDR-2666 en een SATA-ssd en deze samen met de High Power-voeding getest. Het hele systeem verbruikte idle standaard 14 watt. Die waarde is al vrij goed voor een LGA1200-systeem met de high-end Z490 chipset. Nadat we alle CPU C-states en het Link Power Management voor SATA en PCI Express in de BIOS-set-up hadden geactiveerd, konden we het idle energieverbruik terugbrengen tot minder dan 7 watt. Je komt zo’n waarde normaal gezien alleen tegen bij mini-pc’s met mobiele hardware zoals de Intel NUC. In de soft-off- en suspend-to-RAM-modus verbruikte het moederbord echter een ongewoon hoge 2 watt. Waarschijnlijk is het BIOS nog niet volledig ontwikkeld.
CONCLUSIE
We waren verbaasd over hoeveel besparingspotentieel er nog in voedingen zit. De ATX12VO-standaard vermindert vooral het idle energieverbruik, waar desktoppc’s het grootste deel van hun tijd in doorbrengen. Hoe snel de nieuwe standaard breed geaccepteerd zal worden voor voedingen en moederborden is nog onduidelijk. In eerste instantie zal het waarschijnlijk vooral worden gebruikt in complete systemen van grote pc-fabrikanten.
Op de middellange termijn zal ATX12VO ook interessant worden voor pc-zelfbouwers, omdat Intel samenwerkt met voedingsfabrikanten zoals Channel Well, Cooler Master, Corsair, Delta, FSP, High Power en SeaSonic. De ATX-standaard zal waarschijnlijk nog lange tijd ernaast blijven bestaan. Wat ons betreft is ATX12VO in elk geval een goed stap om het verbruik van moderne desktop-pc’s te verminderen, zonder dat de flexibiliteit op het gebied van apparatuur en upgrademogelijkheden wordt beperkt.