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  在長期PC電源供應器(電供)業界遵循的英特爾ATX12V維護得有點亂,很多喜歡追新的玩家只知道ATX12V 2.52而不知道不同版本有什麼差別。所以這文解說英特爾ATX12V標準的演變,目前市面主流電供遵循的ATX12V 2.3到ATX12V 2.52版本之間的差異,及說明什麼樣的電供才是符合ATX12V 2.52標準。

1995年的原始ATX標準
  什麼是ATX?ATX是Advanced Technology eXtended的縮寫,我們常說的ATX標準、規範是Intel ATX Specification這一份英特爾指導文件的名稱,是Intel在1995年開發的主板、電供、機箱標準,旨在改進不符合時代需求的AT標準,從發布之後沿用至今。

  原始的ATX電源供應器標準是ATX標準中的Power Delivery章節,相比AT電供,ATX電供增加了+3.3V、PS-On和+5VSB,+5VSB讓主機板可進行電源管理,操作系統可進行軟關機,我們也看不到螢幕顯示”您現在可以安全地關閉計算機了“這句話了。

最初版ATX電供標準的電源提供了下列的接口:
*20Pin Molex Mini-fit Jr. 接口:全新的主板供電接口,為主板供電。
*4Pin Molex 接口:俗稱大4Pin,從AT標准直接沿用而來,提供了+12V和+5V,為P-ATA的硬盤、光碟機和5.25英寸的軟驅等設備供電。
*4Pin 博格Berg軟驅接口:提供了提供了+12V和+5V為3.5英寸軟驅供電。
*附加的6Pin AUX接口:提供了額外的+5V和3.3V給有需求的主板供電,在電源DC to DC技術還不成熟的年代,大部分主機內的設備比如說處理器、記憶體、晶片組、PCI插槽、AGP插槽(已除役)、ISA插槽(已除役)都用5V和3.3V,12V僅用在散熱風扇、裝置的驅動馬達在用與現在的配置有很大差別。

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  以前的主板不需要接額外的12V CPU供電接口,顯卡大多數也沒外接供電接口,就這樣相安無事過了許多年,似乎1995年到2000年之間過了一個世紀一樣久。

 
2000年2月ATX12V 1.0標準對應ATX 2.1標準
  英特爾在1999年到2000年設計奔騰4平台時,發現20Pin的主板供電接口已不夠用了,以往的處理器大都用5V供電,如果奔騰4在這樣的工作電壓下只有1.x伏的處理器會消耗非常大電流,而低電壓和高電流的情況對於電供來說也不適合。

  因此英特爾轉向了高電壓小電流的方式為處理器供電,通過增加一個4Pin Mini-fit JR (Molex 39-01-2040)的12V接口,另用一組獨立於主板20Pin接口以外的12V為VRM模組獨立供電。這額外增加的4Pin接口又稱P4接口。

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  這個版本即為ATX12V 1.0標準,也有稱ATX-P4,為CPU單獨增加一組12V供電的設計思路沿用至今。隨著CPU功耗的不斷增加,CPU供電接口不斷地進化,後面和EPS12V接口融合,變成了4+4Pin或8Pin,為了兼顧安裝兼容性目前最為普遍的還是4+4Pin的形式。

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AMD的Athlon XP和Athlon 64也支持ATX12V 1.x的供電設計,到今天AMD在電 源方面的支持也是緊跟Intel步伐。
需要特別說明的是,在2000年前後這個階段,ATX12V標準是作為ATX標準的補充文檔出現的。
ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.0文檔的開頭有這樣一段話:

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意思是ATX12V文檔是作為2.03以上版本的ATX標準的補充文檔,它包括了ATX標準中未詳細說明的信息,例如有關電源的物理形狀定義、冷卻要求、連接器的配置和相關電信號、時序規範的信息。

  ATX12V標準作為ATX標準的補充文檔,在2000之後的一個過渡階段,兩者經常同時出現,ATX 2.x 與ATX12V 1.x~2.0 標准出現在同時期的電源商品包裝上也不奇怪。一些電源基於1998年的ATX 2.03標準,但也帶了CPU 4Pin接口,也符合ATX12V 1.0標準的特徵。

  2000年到2004年間互聯網的信息不算通暢,這個時間段對於ATX標準的營銷和解析都是比較混亂的,用戶對ATX標準的理解和今天應該沒有太大的區別,只知版本號,而不知其內容。

  奔騰4用的電源,比較後認為在ATX12V的電供的12V輸出能力更強一些。實際上從英特爾文檔本身找不到佐證的內容。只能說過渡階段就是這麼混亂,好在新一版的標準往往向下相容。

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2004年,ATX標準迭代到2.2版本之後,好像就再也沒有見過更新的文檔,關於電源部分的內容都基本轉移到ATX12V Power Supply Design Guide裡更新。

2000年8月ATX12V 1.1標準,增加3.3V電流,主要是增加和修正內容描述、格式。

2002年1月ATX12V 1.2標準,-5V變成了一組可選的電壓,隨著ISA總線的淘汰,幾乎沒有再使用-5V的設備。

  雖然-5V被砍已經快20年了,留下了一個空Pin,目前也急需一組12V來應對日益增長的硬件功耗,但是為了保持向下兼容性,這一Pin一直以來都是留空的,見下方的第20Pin NC。

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  2003年4月ATX12V 1.3標準,稍微加強了12V的輸出能力。定義了電源正常負載和輕載所需要達到的最低效率。-5V的指南已經被刪除,但不禁止。SATA電源接口登場(但定義為可選)。

  需要補充說明的是,SATA電源接口共有5組電壓,每組電壓對應3Pin,共15Pin。使用的是Molex 67581-0000端子,每個端子可以傳輸的電流為1.5A,12V、5V和3.3V各可以傳輸的電流都為4.5A,功率分別為54W、22.5W和14.85W。目前SATA電源接口有取代Molex接口的趨勢,風扇和水冷頭基本都轉向SATA接口,但SATA接口並不適合傳輸大功率。

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ATX12V 2.0標準,2003年2月(比1.3版本出來得還早,Intel的文檔確實是這樣寫的時間,懷疑是筆誤)

ATX12V 2.0標準是一個大版本,對應ATX 2.2標準,有著大量的更新,包括目前的PSU DG 1.41(ATX12V 2.52)都是基於2.0版本修補而來。

  主板接口升級為24Pin,即在原有的20Pin基礎上增加了12V、5V、3.3V和GND各1Pin,為的是支持更高功耗的PCIE插槽。原本的20Pin插座裡只有1Pin是12V,給AGP插槽供電的時候12V只需要1A就足夠,但是對於PCIE插槽是不夠用的。為了向下兼容,24Pin的插件都會設計成20+4Pin。拿今天的ATX12V 2.4版本電源給以前的老主板用,只要不是需要-5V供電的ISA插槽的主板,應該也可以正常工作。

SATA接口變成強制要求。

6Pin AUX接口被砍掉。

包含了250W、300W、350W、400W電源的指南。

定義了多路12V。這個是重點更新,值得展開來講。

Intel的ATX電源標準基本上就是一本各國安規的合集。

  基於安全方面的考慮,FCC(美國聯邦通訊委員會)的EN-60950標準規定,可接觸的點換接頭的最大輸出功率不能超過240VA,按此規定,計算機電源的任何一路直流電壓輸出不允許超過240VA ,放在12VDC的輸出來算就是單路不可以超過20A(ATX12V 1.3規範時的規定)。

  基於這種背景,Intel在推出ATX 12V 2.0時開始把電源的+12V輸出分為+12V1和+12V2兩路,兩路+12V輸出的推薦值不超過240VA(20A),常見的都會降額來設計,很多設計為18A或者17A,其中指定+12V2為CPU供電,而+12V1則為主板、驅動器及PCIE供電。大功率的電源,可能會再增加12V3、12V4、12V5等為PCIE設備供電。

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台達的NX350就是一個典型的雙路12V電源

  市面上幾乎99%的電源都是12V單路的設計,即只有一個變壓器次級繞組引出12V,濾波電路到輸出線材之間加上檢流電阻來分路,限制每一路12V的最大輸出,從而生成了多路12V,當輸出值達到分組輸出的保護值時切斷輸出,從而確保安全。本質上這樣的電源仍然是12V單路的設計。但是從用戶的使用和安全角度而言,它是一個多路的12V電源。 
2004年6月ATX12V 2.01標準,更新3.3V遠端反饋線的要求。

2005年3月ATX12V 2.1標準,增加450W電源指南。可見PC的整機功耗在逐漸加大。更新250W~450W電源的交叉負載圖表。5Vsb待機電路電流提高。

2005年3月ATX12V 2.2標準,為ATX 24Pin和CPU供電接口增加高電流的Molex 44476-1112 (HCS) or equivalent端子,材料為HPA高性能合金。每觸點最大電流從Standard 5556的9A提高到11A,但不見得所有電源都會用上這樣的大電流端子。

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2006年PSU DG 0.5 對應ATX12V 2.2,PSU DG 0.5其實是基於ATX12V 2.2的。

  從這個版本開始,ATX12V標準和CFX12V、LFX12V、SFX12V、TFX12V整合到一個台式機電源設計指南。統稱為Intel Power Supply
Design Guide for Desktop Platform Form Factors,縮寫為PSU DG。封面如下圖。

  ATX12V標準成為了這份組合標准設計指南的一個章節,內容為典型配電建議和物理尺寸兩個部分,而且這部分到今天基本沒有改動。修改的部分主要是PSU DG指南里的2章節平台配置以及第3章節電子部分。

從這一版本開始,說ATX12V版本已經不是很準確,業內準確的描述應該是使用PSU DG版本來指代這份文件。對外宣傳目前是將錯就錯,仍然用ATX12V版本。

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  2006年6月PSU DG 1.0 對應ATX12V 2.2,這一版本的PSU DG應該還是對應ATX12V 2.2,因為2.2和2.3之間沒有其他的過渡版本,主要為CPU增加12V2電流需求配置。

  2007年PSU DG 1.1 對應ATX12V 2.3,建議的最低效率提高到80%,12V的輕載要求降低。取消了單組12V的240VA限制,允許單一組12V輸出超過20A。也就是說從這個版本開始,有一部分高端電源開始回歸安裝更為方便的單路12V設計,但是離市場普及單路+12V設計還有一些時日。

  2008年PSU DG 1.2 對應ATX12V 2.31,PS_ON和PWR_OK的最高允許紋波噪聲定義為400mV。增加時序T6的PWR_OK inactive to DC loss delay必須>1ms。解讀就是3組主要的輸出電壓的保持時間要比PWR_OK長1ms,PWR_OK要≥16ms,那麼12V、5V和3.3V就要≥17ms。

  2013年PSU DG 1.31 對應ATX12V 2.4,ATX標準版本號更新到2.4。12V2的最小負載推薦值更新到0A。更新Rise Time,要求Power-on time要介於0.2ms和20ms之間,即0.2ms≤T2≤20ms。-12V變為可選電壓(非強制),應為2012年PSU DG 1.3版本更新內容。交叉負載圖表被移除。

  2017年9月PSU DG 1.4 對應ATX12V 2.5,在更新表格里可以看到這一版本的PSU DG版本號為1.4,但是它的封面變成了Desktop Platform Form Factors Power Supply Design Guide Revision 001 September 2017 。

  更新了2.1章的表格,主要應對CPU的峰值電流需求。TDP 80W、65W的型號分別從14A、12A提高到18A、18A,但是比起2018年的功率需求還是小得多,只能說好戲還在後頭。

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更新了12V的瞬態響應要求的步進大小,增加12V1推薦值為70%,12V2從60%上升到85%,增加12V3、12V4,推薦值是80%。

更新5Vsb輕載待機要求到ErP Lot 6 2013,要求45mA極輕載的條件下效率仍然要高於45%。這是一項很嚴格的要求,而且影響了很多電源的待機電路設計。

12V2的最小負載要求降低到0A,已經不是一個推薦值,而是要求值。

軟驅接口變為僅供參考。

更新時序要求,為了符合2020年的Alternative Sleep Mode,T0 AC Power on time要求<2s,T3 PWR_OK Delay要求>100ms。

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  2018年6月PSU DG 1.41 對應ATX12V 2.52,封面的版本號為June 2018 Revision 002 ,文檔開頭的更新記錄刪除了之前的內容,僅留下2017年的001和當前的002版本。

ATX12V標準更新到2.52。

測試章節剝離。

  更新Table 2-1的12V2 CPU電流配置,應對未來更高功耗的CPU,是本次更新的核心。用短淺的目光也可以看出來是為了應對核心大戰而準備。否則的話,無法應對目前9系列酷睿以及未來更高功耗的CPU,包括目前AMD 銳龍2等多核心的CPU也需要Intel ATX12V 2.52的強力支持,所以這次的更新是非常有必要的。

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  2.2章節更新了HEDT處理器的注意事項,分別是全模組電源接口的注意事項和超頻建議。像華碩ROG M11G這樣的高端Z390主板的供電輸入接口已經演變到2x8Pin,足以證明CPU的功耗已經上升到一個新的台階,如果不注意模組插座的端子分配和電流承載,就很容易發生燒毀事件。

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3.3章節的時序又更新。

+3.3V從SATA V3.2 Spec中移除。也就是變成了兼容SATA V3.3標準的接口,目前的3.5英寸機械硬盤、2.5英寸硬盤幾乎都不使用3.3V,但是這一條是非強制的。

  SATA V3.3標準中的Pin3的3.3V是用於支持硬盤的Power Disable(PWDIS)功能的,HGST公司的一些高端硬盤支持這項功能,用於遠程開關硬盤,如果SATA接口的Pin3為高電位,則硬盤關閉,所以有一些用戶買了HGST的氦氣硬槃無法點亮就是因為SATA接口裡面的3.3V“作祟”。剪斷這根3.3V或者使用轉接線都可以解決問題,3.5英寸硬盤只需要12V和5V即可工作。

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介紹完ATX標準的演變和更迭,回到文章開頭的問題,哪些電源是符合ATX12V 2.52標準的?我們從最近兩個版本的PSU DG來分析。

首先從PSU DG 1.41也就是對應ATX12V 2.52標準的版本分析。

  在時序章節,要符合2020年的Alternative Sleep Mode,要求T1必須要<150ms,T3 PWR_OK Delay要求介於100ms到150ms之間,T2 Power-on time要介於0.2ms和20ms之間。時序方面廠家是不作宣傳的。

  其次,很重要的一個方面,按PSU DG 1.41的要求,為了應對TDP 165W的CPU,12V2的峰值輸出能力要有45A/540W,持續10ms,多路12V的電源基本達不到這個要求,輸出功率小於550W的電源基本上也達不到這個要求。退一步講,持續輸出能力需要37.5A/450W。

  PSU DG 1.41附帶的推薦選項,即把SATA接口移除3.3V,符合這一要求的電源基本沒有。放寬一點,海韻PRIME Titainum系列附贈了一個SATA 3.3轉接線算是勉強符合要求。再放寬一點,可以把這一條當成可選選項。

  符合ATX12V 2.52標準的電源也應該符合ATX12V 2.5的要求,所以回過頭再補充對ATX12V 2.5即PSU DG 1.4的分析。

  PSU DG 1.4增加了5Vsb輕載待機要求到歐洲ErP Lot 6 2013節能標準,要求45mA極輕載的條件下效率仍然要高於45%,這一項比較少有電源宣傳,實測下來目前也是極少數高端電源才能符合。

  PSU DG 1.4更新了12V的瞬態響應要求的步進大小,增加12V1推薦值為70%,12V2從60%上升到85%,增加的12V3、12V4推薦值是80%。也就是說對電源瞬態響應能力的要求大幅度提高,幾乎是要求12V能夠帶80%的動態負載,即一個500W的電源要能帶400W的動態負載,非常嚴格,不過目前的趨勢也是這樣的,顯卡的動態負載需求也非常苛刻。

  綜上所述,符合ATX12V 2.52標準的電源,會是一款中高瓦數並且效率和動態性能參數非常出眾的高端產品,目前為止還沒有真正出現,中高端符合ATX12V 2.4標準的電源,還是有不少的。
 
ATX12V的標準更新已有24年了,隨著英特爾不斷地更新PSU DG,未來也會繼續。


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