Обсуждения ATX 3.0 и PCI Express 5 (PCIe 5) ведутся в сети очень активно — и для этого есть все основания! Эти стандарты сложны, но их важно понимать специалистам по сборке ПК. Теоретическая основа уже готова и может дать много полезной информации, а также представление о энергопотреблении видеокарт в ближайшие годы.

Что такое PCI Express 5?

Стандарт PCI Express определяет характеристики интерфейса PCI Express и оснащенных им плат расширения. Подавляющее большинство плат расширения составляют видеокарты, поэтому по большей части этот материал посвящен им. При этом все сказанное в равной степени относится и к другим платам расширения с интерфейсом PCI Express 5.

Основная цель создания PCIe 5 — увеличение скорости передачи данных с 16 до 32 GT/s (гигатрансфер в секунду), а также повышение удобства использования и создание задела на будущее. Основное внимание уделено возрастающему год от года энергопотреблению видеокарт.

При разработке стандарта PCI Express 4 не учитывались кратковременные пиковые нагрузки, создаваемые видеокартами на блок питания. Эти моменты учтены при разработке PCI Express 5: максимальное долговременное (более 1 секунды) энергопотребление ограничено 600 ваттами, кратковременно допускается превышение этого значения: двукратное в течении 10 миллисекунд (0,01 с) и троекратное в течении 100 микросекунд (0,0001 с). К примеру, видеокарта, потребляющая (долговременно) 600 Вт, не может потреблять больше 1200 Вт в течении 10 миллисекунд максимум и 1800 Вт в течении 100 микросекунд максимум. 

Важно понимать, что значительные (кратные) превышения номинального значения потребляемой мощности допустимы только в течении очень короткого промежутка времени длительностью не более 1000 миллисекунд. Ограничения по долговременной потребляемой мощности составят 600 Вт.

В стандарте также указано, что графические карты не могут потреблять в общей сложности более 600 Вт от любой комбинации разъемов питания в системе. Существует много слухов и предположений о чрезвычайно высоком энергопотреблении PCIe5 видеокарт, но мы считаем маловероятным, что большинство моделей сразу выйдут за пределы этих указанных ограничений. С другой стороны, вполне возможно, что со временем некоторые high-end решения с заводским разгоном не будут полностью соответствовать этим спецификациям. 

Новый стандарт также определяет новый разъем, через который подается питание на видеокарту и другие устройства. Он называется "12VHPWR" и о нем подробнее поговорим ниже.

Что означает ATX 3.0 для блоков питания?

ATX это стандарт, в соответствии с которым производятся блоки питания. Публикует текущую версию стандарта и обновления компания Intel. В последней версии - 3.0 - описаны требования к блокам питания с учетом спецификаций, определенных стандартом PCI Express 5. Высокое энергопотребление и резкое изменения мощности нагрузки не являются чем-то новым, они учтены и в более ранних версиях стандарта (2.X). Например, блоки питания, соответствующие стандарту ATX 2.4, должны выдерживать резкие изменения нагрузки от 20% до 100% выходной мощности (для видеокарт).

Однако с пиковыми нагрузками дела обстоят не так хорошо, поскольку ATX 2.4 не оговаривает значения выше номинальной мощности. Немало блоков питания, соответствующие стандарту ATX 2.4, могут без проблем выдерживать кратковременные (исчисляемые десятыми и сотыми долями секунды) перегрузки, но величина и длительность перегрузок не оговариваются. Производители блоков питания часто вносили коррективы, чтобы их продукция адекватно работала с современными (на момент выхода блока питания) видеокартами. Спецификация ATX 3.0 впервые определяет возможную величину и длительность "перегрузки" блока питания. В ней указано, что подводящие питание кабели и контакты разъемов плат расширения (в частности, видеокарт) должны быть адаптированы под кратковременное троекратное повышение потребляемой от блока питания мощности. Например, если взять блок питания номинальной мощностью 1200 Вт и видеокарту из класса "600 Вт", то на процессор будет "выделено" 300 Вт, и столько же для всех остальных компонентов — 300 Вт. Для соответствия стандарту ATX 3.0 блок питания должен обеспечивать кратковременно выходную мощность (3*600 Вт)+300 Вт+300 Вт, суммарно  2400 Вт. Обращаем внимание, что троекратное кратковременное превышение номинальной мощности "доступно" только для видеокарт и других плат расширения, запитанных от соответствующих разъемов PCIe.

Блок питания ATX 3.0 не только гарантирует постоянную номинальную мощность, но и "отрабатывает" высокие пиковые нагрузки свыше номинальной мощности. Блоки питания ATX 2.X этого не делают.

Новый разъем питания 12VHPWR

Наиболее заметным для пользователя изменением в блоках питания и видеокартах, соответствующих стандартам PCIe 5 и ATX 3.0, будет разъем 12VHPWR. Новый разъем позволяет подключать более мощную нагрузку и обязателен для всех блоков мощностью от 450 ватт, соответствующих стандарту ATX 3.0.

Последние нововведения в питании PCIe плат расширения были в 2013 году (PCIe Revision 2). К уже распространенному на тот момент 6-контактному разъему питания был добавлен 8-контактный, рассчитанный на 150 Вт вместо 75 Вт (для шестиконтактного). В настоящее время для мощных графических карт требовалось до трех 8-контактных.

Новый разъем 12VHPWR компактнее, и при этом способен обеспечить питание видеокарты мощностью до 600 Вт. Конструкционно в разъеме 12 силовых контактов, из которых шесть подключены к линии +12 В, другие шесть - земля (Groung, GND). К силовым контактам добавлены четыре сигнальных, служащие для связи потреблителя (платы расширения, видеокарты) с блоком питания.

Новые сигнальные линии соединения 12VHPWR улучшают взаимодействие между блоком питания и видеокартой. Блок питания стандарта ATX 2.X "не знает", сколько потребителей подключено через разъемы питания PCIe. Видеокарты, в свою очередь, "не знают", насколько можно нагрузить блок питания. В разъеме 12VHPWR этот недостаток устранен: сигнальные линии используются для определения факта подключения нагрузки и определения максимальной мощности (через контакты SENSE0 и SENSE1), подаваемой через соединение 12VHPWR. Градаций мощности всего четыре: до 150, 300, 450 и 600 Вт включительно.

В стандарте PCI Express 5.0 прямо указано, что постоянное энергопотребление видеокарты не должно превышать 600 Вт. Значение максимальной нагрузки блок питания "определяет" для видеокарты на разъеме 12VHPWR, и видеокарта его не превысит, но при этом ее производительность может быть снижена, если мощность блока питания ниже, чем требования к графическому процессору.

Некоторые функции разъема 12VHPWR являются дополнительными и обеспечивают совместимость с предыдущими стандартами. Допустимо, чтобы разъем 12VHPWR ничего "не сообщал" ни о возможных запросах видеокарты, ни о ее энергопотреблении. Например, некоторые версии Geforce RTX 3090 Ti и RTX 40 серии уже оснащены разъемом питания 12VHPWR, но не соответствуют стандарту PCIe 5 и не требуют для работы блок питания, соответствующий стандарту ATX 3.0. Возможно, в будущем такой же подход будет применен и к другим видеокартам PCIe 4. Аналогичная ситуация может быть и с источниками питания.

Тот факт, что блок питания укомплектова кабелем с разъемом 12VHPWR, не означает, что этот блок соответствует стандарту ATX 3.0.

Адаптеры от предыдущего разъема PCIe к новому разъему 12VHPWR также существуют. Иными словами, можно подключить видеокарту с разъемом 12VHPWR с помощью переходника к блоку питания, не соответствующему ATX 3.0. Однако Intel рекомендует подключать к блоку питания потребители 12VHPWR только в том случае, если блок питания полностью поддерживает ATX 3.0. Ожидаемые высокие пиковые нагрузки также описаны только в связи с кабелем 12VHPWR в последних версиях рекомендаций PCI Express, и о них ничего не сказано в предыдущих стандартах. Иными словами, существующие на данный момент 6- и 8-контактные кабели выполнены без учета "перегрузок", описанных в стандартах ATX 3.0 и PCIe 5.0.  Очевидно, что производители комплектующих ищут возможности как можно быстрее и "безболезненно" для рынка и пользователей перейти на новый стандарт. Поэтому нужно уделить особое внимание маркировке блока питания (соответствует ли он стандарту ATX 3.0, или только предыдущей версии), чтобы обеспечить соблюдение всех необходимых стандартов для будущих видеокарт. be quiet! уже начал обновление серий блоков питания в соответствии с самыми современными требованиями: Dark Power 13 — это первый блок питания ATX 3.0 от be quiet!, сразу же за ним была анонсирована серия Pure Power 12 M. Остальные серии также будут обновлены в течение 2023 года.

Перспективы

Мы приветствуем спецификации PCI Express 5 и ATX 3.0 и четкие определения энергопотребления. Как разработчику блоков питания, мы получили конкретные параметры, которым должны соответствовать наши блоки питания. А четкие рекомендации облегчают пользователям поиск подходящего блока питания для системы. Наш калькулятор мощности блока питания уже предлагает наглядную помощь в выборе подходящего блока питания. В будущем советуем активно использовать калькулятор и консультироваться с технической поддержкой для исключения проблем с совместимостью из-за параллельно существующих стандартов.