Все в этом мире течет, все изменяется, не говоря уж о компьютерных технологиях. Скорость смены поколений различных IT-устройств просто поражает. Новые разработки и открытия заставляют отказываться от того, что использовалось в течение длительного времени и исправно служило долгие годы. Так случилось и со стандартом АТХ, который почти 10 лет безраздельно властвовал на рынке в качестве форм-фактора персональных компьютеров. Но пришло время отказываться и от АТХ в пользу более совершенного и востребованного временем форм-фактора BTX. Что такое BTX? Давайте начнем разбираться, ведь это не такой короткий разговор как может показаться вначале.
Во-первых, BTX – это Balanced Technology Extended – Расширенная Сбалансированная Технология. ВТX, придя на смену ATX, является новым форм-фактором системного блока. Системный блок, выполненный в соответствии с BTX, представляет собой единую, гибкую и масштабируемую платформу для создания настольных компьютеров на базе стандартных компонентов. Спецификация BTX разработана, в первую очередь, для оптимизации электропитания вычислительной системы и отвода тепла от внутренних компонентов корпуса компьютера.
Спецификации BTX разработаны с целью стандартизации интерфейсов и определения форм-факторов для настольных вычислительных систем в области их электрических, механических и термических свойств. Спецификации описывают механические и электрические интерфейсы для разработки системных плат, шасси, блоков питания и других системных компонентов.
Основными преимуществами форм-фактора BTX перед ATX являются:
- возможность применения низкопрофильных компонентов для конструирования миниатюрных систем;
- более жесткая и прочная конструкция корпуса и более надежное крепление компонентов системы;
- продуманное с учетом путей прохождения потоков охлаждающего воздуха размещение элементов системы внутри корпуса;
- возможность масштабирования системы (возможны форм-факторы BTX, microBTX, picoBTX);
- возможность использования небольших блоков питания;
- оптимизированная структура крепления плат.
Рассмотрим подробнее основные достоинства BTX.
Масштабируемость и миниатюризация системы
Спецификация BTX предоставляет возможность использования современных стандартных компонентов и мощных процессоров в малогабаритных системных блоках. Разработав несколько типоразмеров блока питания и модуля теплового баланса, корпорация Intel и другие поставщики компьютерного оборудования могут гарантировать возможность сочетания малообъемных корпусов и новейших системных конфигураций с применением высокопроизводительных компонентов.
Конструкция системной платы и корпуса
В корпусе предусмотрено более широкое окно для интерфейсных разъемов на задней панели, что позволяет использовать интегрированные подсистемы ввода/вывода как существующего, так и следующих поколений. Благодаря оптимизации трассировки соединений между контроллерами системного чипсета, элементами ввода/вывода и памяти, повышается общая производительность системы. В корпусе предусматривается дополнительное пространство для платы стабилизации питания и разводки межкомпонентных соединений подсистемы ввода/вывода вокруг разъема центрального процессора, что позволяет существенно уменьшить перегрузку и улучшить условия функционирования, как современных процессоров, так и сверхмощных процессоров следующих поколений.
Прочность конструкции
В спецификации BTX вводится концепция крепежного модуля SRM (Support and Retention Module), предусматривающая использование единого сборочного элемента сопряжения для всевозможных форм-факторов и системных конфигураций. Этот стандартный компонент уменьшает вероятность отказов системы в результате механического удара, вибрации и температурных перегрузок, которые могут стать причиной искривления системной платы.
Оптимальный режим охлаждения компонентов системы
Наиболее важная отличительная особенность стандарта BTX – это существенное улучшение тепловых характеристик работы высокопроизводительных компьютерных компонентов с большой теплоотдачей. Продуманная схема движения воздуха в BTX-корпусах, а этому отводится самая значительная часть стандарта, позволяет ограничиться всего двумя вентиляторами для формирования высокоскоростных и низкотемпературных воздушных потоков ко всем мощным компонентам системы, включая блок питания.
Подача отдельных воздушных потоков к схеме стабилизации напряжения питания процессора и вдоль нижней плоскости системной платы позволяет уменьшить количество компонентов системы электропитания, что дополнительно повышает надежность процессорного разъема и улучшает прочностные характеристики платы.
Шумовые характеристики
В BTX-системе, оснащенной лишь двумя вентиляторами, устранены несколько традиционных источников шума современных настольных ПК – вентилятор блока питания на задней панели корпуса и вентилятор на радиаторе охлаждения процессора графического адаптера. Рациональная организация воздушных потоков внутри корпуса допускает работу вентилятора на относительно малых скоростях, т. е. в режиме с пониженным уровнем шума. Таким образом, стандарт BTX позволяет совмещать мощные высокопроизводительные компоненты с улучшенными шумовыми характеристиками системы в целом.
Стоимость системы
Эффективная система охлаждения всех мощных системных компонентов допускает использование более дешевых технологий и конструкций теплоотводящих радиаторов.
А теперь поговорим об основных концепциях, заложенных в стандарт BTX, о методах реализации этих концепций, о способах повышения надежности вычислительных систем и применяемых технологических решениях.
Рис.1 Термический модуль
Одним из важнейший элементов BTX-системы является термический модуль – Thermal Module (рис.1), который состоит из:
- радиатора процессора;
- вентилятора;
- кожуха, задающего направление движения воздуха.
Этот термический модуль, во-первых, обеспечивает охлаждение процессора, а, во- вторых, задает конфигурацию охлаждающих воздушных потоков внутри корпуса. Оптимальное распределение этих потоков обеспечивает охлаждение всех элементов системы. Поэтому использование термического модуля позволяет избавиться от множества вентиляторов, используемых в ATX-корпусах для охлаждения HDD, памяти, видеоконтроллера и т.д. Таким образом, в отличие от ATX-систем, в которых стало весьма популярным применение множества «системных» вентиляторов, в BTX-системах остается только два вентилятора – вентилятор термического модуля и вентилятор блока питания. Это приводит к снижению энергопотребления и снижению уровня шума. Использование дополнительных вентиляторов в BTX не запрещается, но прибегать к этому разумно лишь при проектировании достаточно мощных вычислительных систем.
Рис.2 Местоположение термического модуля
Термический модуль крепится к системной плате и располагается над микропроцессором (рис.2). В стандарте BTX описывается два варианта термического модуля:
- тип I (Thermal Module Type I) – для полноразмерных корпусов (см. рис.3);
- тип II (Thermal Module Type II) - для низкопрофильных корпусов (см. рис.4).
Рис.3 Термический модуль Type I
Рис.4 Термический модуль Type II
Четкого разделения разновидностей термического модуля по области применению (с тем или иным форм-фактором) нет. При выборе типа термического модуля стоит полагаться на здравый смысл: например, если конструируется система с производительным процессором и предполагаемым тяжелым режимом его работы, то рациональнее использовать Thermal Module Type I. Он, кстати, он рекомендован для большинства BTX-систем и части производительных micro-BTX систем. Thermal Module Type II предпочтителен для компактных и тонких систем, однако, его можно применять и в любых системах.
Организации охлаждения системы уделяется самая значительная часть стандарта BTX. Показателем того, насколько тщательно разработчики подошли к данному вопросу, является то, что в стандарте регламентированы такие характеристики и параметры, как:
- расположение чипов на системной плате;
- угол взаимного расположение процессора и северного моста (должен составлять 45°);
- скорость вращения вентиляторов;
- методы управления скоростью вентиляторов;
- рекомендуемые микросхемы управления, их построение и цоколевка;
- угол наклона и форма сечения лопастей вентилятора;
- объем и скорость воздушного потока в каждом месте системного блока;
- конфигурация радиаторов;
- конфигурация решеток, рассекающих воздушный поток;
- допустимая температура каждого чипа и каждой установленной платы и т.д.
Но не только этим исчерпывается стандарт BTX.
Рис.5 Модуль SRM
Для увеличения прочности системы и улучшения теплообмена системной платы разработан модуль поддержки и крепления – SRM – Support and Retention Module (рис.5). Для этого модуля стандартизированы места крепежных отверстий, причем их положение выбрано специальным образом, чтобы учесть изгиб и деформацию платы под действием температуры. На модуль SRM крепится системная плата, в результате чего под платой образуется воздушное пространство, в котором создается поток охлаждающего воздуха (рис.6).
Рис.6 Применение SRM позволяет охлаждать системную плату
При использовании термического модуля типа II для создания потоков воздуха, охлаждающих системную плату и пропорционального распределения воздушных потоков внутри корпуса, используется специальный рассекатель воздуха – Flow Partitioning Device (FPD), устанавливаемый перед системным вентилятором и представляющий собой металлическую пластину с отверстиями (рис.7). Этот рассекатель позволяет перераспределить потоки воздуха и увеличить воздушный поток для охлаждения радиатора процессора. Без использования рассекателя, воздушный поток радиатора недостаточен, что может привести к перегреву процессора. Рассекатель уменьшает поток охлаждения платы, увеличивая поток воздуха для радиатора, при этом обеспечивается такое соотношение воздушных потоков радиатора и платы, как 85% и 15 % соответственно (без рассекателя это соотношение составляет 59% и 41%).
Рис.7 Рассекатель воздуха FPD
Серьезное внимание в стандарте BTX уделено конфигурации радиаторов для процессора. В соответствии с двумя типами термического модуля предусмотрено и два форм-фактора радиаторов. Для крепления радиаторов к плате имеется основание (база), форма которого также зависит от типа термического модуля.
Рис.8 Радиатор для процессора для Thermal Module Type I
Радиатор для Thermal Module Type I имеет цилиндрический вид и должен весить не более 900 г (рис.8). Диаметр ядра радиатора должен составлять 38 мм, а длина его ребер – 26.4 мм. Ядро радиатора изготавливается из меди, а ребра представляют собой алюминиевые пластины толщиной 0.4 мм и размещаемый с шагом 2.21 мм. Для обеспечения лучшего теплоотвода в ядре радиатора имеется вырез, находящийся в верхней части радиатора.
Радиатора для Thermal Module Type II имеет кубическую форму (рис.9). Ребра радиатора должны располагаться вертикально. Толщина ребер также составляет 0.4 мм, а шаг их чередования равен 2.31 мм.
Рис.9 Радиатор для процессора для Thermal Module Type II
Очень продуманно разработчики стандарта BTX отнеслись к компоновке системной платы. Типовой рекомендуемый вариант размещения элементов на системной плате представлен на рис.10. В описании стандарта положение каждого элемента системной платы (процессора, южного моста, северного моста, системной памяти, регулятора напряжения процессора, видеокарты) описывается достаточно подробно, при этом все аргументируется и дается сравнительный анализ со стандартом ATX. Этот вопрос является достаточно интересным и требует более серьезного рассмотрения, чем это может позволить объем данного обзора, а поэтому он будет темой одной из статей нашего журнала в 2006 году.
Рис.10 Рекомендуемое размещение элементов системной платы в стадарте BTX
В новом стандарте значительно повышена роль шины PCI-Express, которая является основной для подключения видеосистемы. Использование PCI-Express переходников и подвесок становится стандартным дизайном, при этом видеокарта может (но не обязательно) располагаться практически над чипом MCH – Memory Hub Controller (рис.11).
Рис.11 Рекомендуемое размещение элементов системной платы при использовании PCI-переходников
Одним из достоинств стандарт BTX называют его масштабируемость. Под этим подразумевается то, что в спецификации описывается три форм-фактора плат и корпусов, однако, на деле подразумевается поддержка гораздо большего количества различных габаритов. Все платы имеют одинаковую глубину - 266,7 мм, а вот ширина в каждом случае значительно изменяется.
Итак, в спецификациях BTX упоминается три основных форм-фактора:
1. Стандартный BTX – используется корпус типа Expandable Tower (большая башня). В этом форм-факторе используется плата шириной 325,12 мм, на которой может размещаться о семи слотов расширения (рис.12).
Рис.12 Размещение элементов системы в корпусе типа "большая башня"
2. Micro-BTX – корпус типа Desktop. В этом форм-факторе используются платы шириной 264,16 мм, на которой может размещаться до 4 слотов расширения (рис.13).
Рис.13 Размещение элементов системы в корпусе типа Desktop
3. Pico-BTX – низкопрофильный формат. Ширина платы в этом случае достигает 203,20 мм, и на ней размещается всего лишь один слот расширения (рис.14).
Рис.14 Размещение элементов системы в корпусе PicoBTX
В целом стоит отметить, что, несмотря на наличие упомянутых выше трех форм-факторов, разработчики Intel предложили две базовых модели BTX-систем, отличающихся друг от друга объемом корпуса и некоторыми элементами обвязки. То есть, на практике пока используются два варианта:
- платформа S1 (12.9L) BTX Reference Design (BTX – рис.15)
- платформа S2 (6.9L) BTX Reference Design (picoBTX)
Рис.15 Размещение элементов системы в платформе S1
Емкость корпусов этих платформ нормируется в проектном объеме 12,9 и 6,9 литров соответственно. Каждая из платформ имеет тщательно просчитанный термодизайн и подробные рекомендации по компоновке элементов.
Теперь поговорим об электрической составляющей стандарта. Так как стандарт BTX пришел не из пустого места, а базируется на многолетних разработках, оправдавших себя в стандарте ATX, то внешне системы электропитания не претерпели существенных изменений. На самом же деле системы электропитания стали значительно более «стандартизированными». Для блоков питания достаточно подробно описаны такие параметры, как:
- уровни выходных напряжений и их допустимые отклонения;
- предельные значения токов для каждого выходного канала напряжения;
- уровень шума на выходе блока питания по каждому каналу напряжения;
- входная мощность блока питания, как для нормального, так и для дежурного режима работы;
- диаграммы распределения выходной мощности в зависимости от нагрузки в каналах +5В и +12В;
- поддерживаемые стандарты электрической и электромагнитной безопасности;
- емкость нагрузки для каждого канала напряжения;
- частота и уровни входного сетевого напряжения;
- время поддержания выходных напряжений при пропадании входного напряжения;
- уровни выходных напряжений, при которых срабатывает защита;
- допустимые атмосферные условия работы;
- размер и скорость вращения вентилятора;
- уровень формируемого шума и т.д.
И это, не считая подробного описания габаритов корпуса блока питания и конфигурации выходных разъемов.
В стандарте достаточно четко описаны процедуры управления блоком питания с помощью сигнала удаленного управления REMOUT _ON (PS-ON). В этом разделе описаны и входное сопротивление сигналу удаленного включения, и величина допустимого тока, и представлены временные параметры этого сигнала.
В стандарте BTX для блока питания предусмотрены методы защиты и алгоритмы работы блока питания при возникновении различных «катастрофических» ситуаций (появления огня, чрезмерного задымления, короткого замыкания на системной плате и т.п.).
Большим достижением можно считать то, что достаточно четко прописаны методы и процедуры измерения характеристик и параметров блока питания. Это дает надежду, что в компьютерах, действительно соответствующих стандарту BTX, различных проблем, вызванных системой электропитания, станет значительно меньше.
Большое внимание при описании блоков питания уделяется коррекции коэффициента мощности.
В современном виде, стандартом BTX предусмотрено несколько возможных для применения типов и модификаций блоков питания, отличающихся форм-фактором, мощностью, типом выходных разъемов. К таким модификациям относятся:
1) ATX12V (версия 2.2) – доработанная и модифицированная спецификация ATX .
2) CFX12V (версия 1.2) – Compact Form Factor (компактный форм-фактор).
3) LFX12V (версия 1.1) – Low Profile Form Factor (низкопрофильный форм-фактор).
4) SFX12V (версия 3.1) – Small Form Factor (малый форм-фактор для блоков питания ATX для применения в micro-ATX и Flex-ATX).
5) TFX12V (версия 2.1) –Thin Form Factor (тонкий форм-фактор).
Как видно из перечислений форм-факторов блоков питания исключительно для стандарта BTX были разработаны три из них: CFX, LFX и TFX. Остальные два – ATX и SFX – являются лишь усовершенствованным версиями блоков питания ATX с учетом новых подходов.
Выходные сигналы и напряжения блока питания остались такими же, какими были и в ATX, пожалуй, можно только говорить о полном исчезновении из описаний стандартов выходного напряжения -5В.
Основной выходной разъем блока питания остался почти таким же, за исключением того, что количество контактов увеличилось до 24-х, против 20-ти в обычном ATX. Распределение сигналов по контактам можно посмотреть на рис.16.
Рис.16 Цоколевка основного разъема блока питания
В каждой из пяти вышеназванных модификаций блоков питания устанавливаются основные типовые источники питания с соответствующей выходной мощностью (250Вт, 300 Вт и т.д.). При этом для каждого такого типового источника питания с помощью специальной диаграммы задается соотношение допустимых выходных токов напряжений +5В и +12В. Это позволяет правильно распределить нагрузку блока питания при проектировании и сборке системы, т.е. за счет уменьшения мощности, потребляемой, например, каналом +5В, можно увеличивать нагрузку в канале +12В. Изучение приводимых в спецификациях диаграмм, позволит профессионально отнестись и к «апгрейду» компьютеров.
Последние модификации стандартов боков питания были приняты в 2005 году (май, апрель, июнь), поэтому большинству заинтересованных специалистов эти спецификации пока еще не известны. Для устранения этого пробела, начиная со следующего номера нашего журнала, мы начнем детальное знакомство с каждым из названных стандартов блока питания.
В заключение обзора можно сказать несколько слов о перспективах стандарта BTX. Несмотря на то, что работы над спецификациями BTX фирмой Intel (основным идеологом, разработчиком и «толкателем» нового стандарта) велись задолго до 2003 года, завершающая, можно сказать «надводная» часть работы, начались именно в период с 2003 по 2005 год. Стандарт BTX внешне развивался очень стремительно, и также стремительно началось его внедрение. Предполагается, что именно 2006 и 2007 года станут годами «триумфального шествия по миру» стандарта BTX. Было бы наивно рассчитывать на то, что, впервые появившись в рознице незадолго до 2005 года, новый форм-фактор вытеснил бы своих предшественников семейства ATX в короткие сроки. Тем более что с учетом обратной совместимости ATX-корпусов с ВТХ-платами новый стандарт изначально был рассчитан на постепенное внедрение. Поэтому в настоящее время корпуса и платы, соответствующие спецификации BTX, пока еще не нашли широкого распространения на нашем рынке. Но по некоторым прогнозам, уже в 2007 году системы, произведенные в соответствии со стандартами BTX, будут составлять порядка 60% объема всех продаж.