由于时间跨度过长或者其他种种原因,PC电源行业遵循的Intel ATX12V维护得有点混乱。很多喜欢追新的玩家只知道ATX12V 2.52而不知道具体版本的内容和区别。本文旨在介绍Intel ATX12V标准的演变,区分目前市面上主流电源所遵循的ATX12V 2.3到ATX12V 2.52标准之间的差异,以及目前什么样的电源才符合ATX12V 2.52标准。

如果您看过这张照片的话,您应该已经…已经发现本文是一篇考古文。

 

原始ATX标准,1995年

首先,什么是ATX?ATX是Advanced Technology eXtended的缩写,我们常说的ATX标准、规范是Intel ATX Specification这一份指导文件的名称,是Intel在1995年开发的主板、电源、机箱标准,旨在改进不符合时代需求的AT标准,从发布之后沿用至今。

原始的ATX电源标准是ATX标准中的Power Delivery章节,相比AT电源,ATX电源增加了+3.3V、PS-On和+5VSB,+5VSB使得主板可以进行电源管理,操作系统可以进行软关机,我们再也看不到文章开头的那句”您现在可以安全地关闭计算机了“。

遵循最初ATX电源标准的电源提供了下列的接口:

20Pin Molex Mini-fit Jr. 接口:全新的主板供电接口,为主板供电。

4Pin Molex 接口:俗称大4Pin,从AT标准直接沿用而来,提供了+12V和+5V,为P-ATA的硬盘、光驱和5.25英寸的软驱等设备供电。

4Pin 博格Berg软驱接口:提供了提供了+12V和+5V为3.5英寸软驱供电。

附加的6Pin AUX接口:提供了额外的+5V和3.3V给一些有需求的主板供电,在DC-DC技术还不成熟的年代,大部分主机内的设备比如CPU、RAM、芯片组、PCI插槽、AGP插槽、ISA插槽都使用5V和3.3V,12V仅仅是一些风扇、驱动器的电机在使用,与今天的情况有很大区别。

以前的主板不需要接额外的12V CPU供电接口,显卡大多数也没外接供电接口,就这样相安无事过了许多年,似乎1995年到2000年之间过了一个世纪一样久。

 

ATX12V 1.0标准,对应ATX 2.1标准,2000年2月

Intel在1999/2000年设计奔腾4平台时,发现20Pin的主板供电接口已经不够用,以往的CPU大都使用5V进行供电,如果在奔腾4这样工作电压只有1.x V的CPU上面消耗的电流会非常大,低电压和高电流的工况对于电源来说也不合适。

因而Intel转向了高电压小电流的方式为CPU供电,通过添加一个4Pin Mini-fit JR (Molex 39-01-2040)的12V接口,使用一组独立于主板20Pin接口的12V为VRM模块单独供电。这个额外增加的4Pin接口被称之为P4接口。

这个版本即为ATX12V 1.0标准,也有称ATX-P4,为CPU单独增加一组12V供电的设计思路沿用至今。随着CPU功耗的不断增加,CPU供电接口不断地进化,后面和EPS12V接口融合,变成了4+4Pin或8Pin,为了兼顾安装兼容性目前最为普遍的还是4+4Pin的形式。

 

AMD的Athlon XP和Athlon 64也支持ATX12V 1.x的供电设计,到今天AMD在电源方面的支持也是紧跟Intel步伐。

需要特别说明的是,在2000年前后这个阶段,ATX12V标准是作为ATX标准的补充文档出现的。

ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.0文档的开头有这样一段话:

意思是ATX12V文档是作为2.03以上版本的ATX标准的补充文档,它包括了ATX标准中未详细说明的信息,例如有关电源的物理形状定义、冷却要求、连接器的配置和相关电信号、时序规范的信息。

ATX12V标准作为ATX标准的补充文档,在2000之后的一个过渡阶段,两者经常同时出现,ATX 2.x 与ATX12V 1.x~2.0 标准出现在同时期的电源商品包装上也不奇怪。一些电源基于1998年的ATX 2.03标准,但也带了CPU 4Pin接口,也符合ATX12V 1.0标准的特征。

2000年到2004年间互联网的信息不算通畅,作者本人在这个阶段仍然以报纸杂志收音机获取计算机知识为主,这个时间段对于ATX标准的营销和解析都是比较混乱的,用户对ATX标准的理解和今天应该没有太大的区别,只知版本号,而不知其内容。

微型计算机在2002年第7期的时候有过一篇名为《深入探析Pentium 4专用电源的若干问题-ATX 2.03=ATX 12V?》的文章,比较之后认为两者的区别在于ATX12V的电源的12V输出能力更强一些。实际上从Intel文档本身找不到佐证的内容。只能说过渡阶段就是这么混乱的,好在新一版的标准往往向下兼容。

2004年,ATX标准迭代到2.2版本之后,好像就再也没有见过更新的文档,关于电源部分的内容都基本转移到ATX12V Power Supply Design Guide里更新

 

ATX12V 1.1标准,2000年8月

增加3.3V电流,主要是增加和修正内容描述、格式。

 

ATX12V 1.2标准,2002年1月

-5V变成了一组可选的电压,随着ISA总线的淘汰,几乎没有再使用-5V的设备。

虽然-5V被砍已经快20年了,留下了一个空Pin,目前也急需一组12V来应对日益增长的硬件功耗,但是为了保持向下兼容性,这一Pin一直以来都是留空的,见下方的第20Pin NC。

 

ATX12V 1.3标准,2003年4月

稍微加强了12V的输出能力。

定义了电源正常负载和轻载所需要达到的最低效率。

-5V的指南已经被删除,但不禁止。

SATA电源接口登场(但定义为可选)。

需要补充说明的是,SATA电源接口共有5组电压,每组电压对应3Pin,共15Pin。使用的是Molex 67581-0000端子,每个端子可以传输的电流为1.5A,12V、5V和3.3V各可以传输的电流都为4.5A,功率分别为54W、22.5W和14.85W。目前SATA电源接口有取代Molex接口的趋势,风扇和水冷头基本都转向SATA接口,但SATA接口并不适合传输大功率。

 

ATX12V 2.0标准,2003年2月(比1.3版本出来得还早,有点怀疑,Intel的文档确实是这样写的时间,甚至怀疑是笔误)

ATX12V 2.0标准是一个大版本,对应ATX 2.2标准,有着大量的更新,包括目前的PSU DG 1.41(ATX12V 2.52)都是基于2.0版本修补而来。

主板接口升级为24Pin,即在原有的20Pin基础上增加了12V、5V、3.3V和GND各1Pin,为的是支持更高功耗的PCIE插槽。原本的20Pin插座里只有1Pin是12V,给AGP插槽供电的时候12V只需要1A就足够,但是对于PCIE插槽是不够用的。为了向下兼容,24Pin的插件都会设计成20+4Pin。拿今天的ATX12V 2.4版本电源给以前的老主板用,只要不是需要-5V供电的ISA插槽的主板,应该也可以正常工作。

SATA接口变成强制要求。

6Pin AUX接口被砍掉。

包含了250W、300W、350W、400W电源的指南。

定义了多路12V。这个是重点更新,值得展开来讲。

Intel的ATX电源标准基本上就是一本各国安规的合集。

基于安全方面的考虑,FCC(美国联邦通讯委员会)的EN-60950标准规定,可接触的点换接头的最大输出功率不能超过240VA,按此规定,计算机电源的任何一路直流电压输出不允许超过240VA,放在12VDC的输出来算就是单路不可以超过20A(ATX12V 1.3规范时的规定)。

基于这种背景,Intel在推出ATX 12V 2.0时开始把电源的+12V输出分为+12V1和+12V2两路,两路+12V输出的推荐值不超过240VA(20A),常见的都会降额来设计,很多设计为18A或者17A,其中指定+12V2为CPU供电,而+12V1则为主板、驱动器及PCIE供电。大功率的电源,可能会再增加12V3、12V4、12V5等为PCIE设备供电。

本站之前测试的台达NX350是一个典型的双路12V电源

市面上几乎99%的电源都是12V单路的设计,即只有一个变压器次级绕组引出12V,滤波电路到输出线材之间加上检流电阻来分路,限制每一路12V的最大输出,从而生成了多路12V,当输出值达到分组输出的保护值时切断输出,从而确保安全。本质上这样的电源仍然是12V单路的设计。但是从用户的使用和安全角度而言,它是一个多路的12V电源。

 

ATX12V 2.01标准,2004年6月

更新3.3V远端反馈线的要求。

 

ATX12V 2.1标准,2005年3月

增加450W电源指南。可见PC的整机功耗在逐渐加大。

更新250W~450W电源的交叉负载图表。

5Vsb待机电路电流提高。

 

ATX12V 2.2标准,2005年3月(没有写错,还是2005年3月份)

为ATX 24Pin和CPU供电接口增加高电流的Molex 44476-1112 (HCS) or equivalent端子,材料为HPA高性能合金。每触点最大电流从Standard 5556的9A提高到11A,但不见得所有电源都会用上这样的大电流端子。

 

PSU DG 0.5 对应ATX12V 2.2,2006年

PSU DG 0.5其实是基于ATX12V 2.2的。

从这个版本开始,ATX12V标准和CFX12V、LFX12V、SFX12V、TFX12V整合到一个台式机电源设计指南。统称为Intel Power Supply
Design Guide for Desktop Platform Form Factors,缩写为PSU DG。封面如下图。

ATX12V标准成为了这份组合标准设计指南的一个章节,内容为典型配电建议和物理尺寸两个部分,而且这部分到今天基本没有改动。修改的部分主要是PSU DG指南里的2章节平台配置以及第3章节电子部分。

从这一版本开始,说ATX12V版本已经不是很准确,业内准确的描述应该是使用PSU DG版本来指代这份文件。对外宣传目前是将错就错,仍然用ATX12V版本

 

PSU DG 1.0 对应ATX12V 2.2,2006年6月

这一版本的PSU DG应该还是对应ATX12V 2.2,因为2.2和2.3之间没有其他的过渡版本,主要为CPU增加12V2电流需求配置。

 

PSU DG 1.1 对应 ATX12V 2.3,2007年

建议的最低效率提高到80%,12V的轻载要求降低。

取消了单组12V的240VA限制,允许单一组12V输出超过20A。也就是说从这个版本开始,有一部分高端电源开始回归安装更为方便的单路12V设计,但是离市场普及单路+12V设计还有一些时日。

 

PSU DG 1.2 对应 ATX12V 2.31,2008年

PS_ON和PWR_OK的最高允许纹波噪声定义为400mV。

增加时序T6的PWR_OK inactive to DC loss delay必须>1ms。解读就是3组主要的输出电压的保持时间要比PWR_OK长1ms,PWR_OK要≥16ms,那么12V、5V和3.3V就要≥17ms。

 

PSU DG 1.31 对应 ATX12V 2.4,2013年

ATX标准版本号更新到2.4。

12V2的最小负载推荐值更新到0A。

更新Rise Time,要求Power-on time要介于0.2ms和20ms之间,即0.2ms≤T2≤20ms。

-12V变为可选电压(非强制),应为2012年PSU DG 1.3版本更新内容。

交叉负载图表被移除。

 

PSU DG 1.4 对应 ATX12V 2.5,2017年9月

在更新表格里可以看到这一版本的PSU DG版本号为1.4,但是它的封面变成了Desktop Platform Form Factors Power Supply Design Guide Revision 001 September 2017 。

更新了2.1章的表格,主要应对CPU的峰值电流需求。TDP 80W、65W的型号分别从14A、12A提高到18A、18A,但是比起2018年的功率需求还是小得多,只能说好戏还在后头。

更新了12V的瞬态响应要求的步进大小,增加12V1推荐值为70%,12V2从60%上升到85%,增加12V3、12V4,推荐值是80%。

更新5Vsb轻载待机要求到ErP Lot 6 2013,要求45mA极轻载的条件下效率仍然要高于45%。这是一项很严格的要求,而且影响了很多电源的待机电路设计。

12V2的最小负载要求降低到0A,已经不是一个推荐值,而是要求值。

软驱接口变为仅供参考。

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

 

PSU DG 1.41 对应 ATX12V 2.52,2018年6月

封面的版本号为June 2018 Revision 002 ,文档开头的更新记录删除了之前的内容,仅留下2017年的001和当前的002版本。这是人干的事吗?

ATX12V标准更新到2.52。

测试章节剥离。

更新Table 2-1的12V2 CPU电流配置,应对未来更高功耗的CPU,是本次更新的核心。用短浅的目光也可以看出来是为了应对核心大战而准备。否则的话,无法应对目前9系列酷睿以及未来更高功耗的CPU,包括目前AMD 锐龙2等多核心的CPU也需要Intel ATX12V 2.52的强力支持,所以这次的更新是非常有必要的。

2.2章节更新了HEDT处理器的注意事项,分别是全模组电源接口的注意事项和超频建议。像华硕ROG M11G这样的高端Z390主板的供电输入接口已经演变到2x8Pin,足以证明CPU的功耗已经上升到一个新的台阶,如果不注意模组插座的端子分配和电流承载,就很容易发生烧毁事件。

3.3章节的时序又更新(为什么我说又)。

+3.3V从 SATA V3.2 Spec中移除。也就是变成了兼容SATA V3.3标准的接口,目前的3.5英寸机械硬盘、2.5英寸硬盘几乎都不使用3.3V,但是这一条是非强制的。

SATA V3.3标准中的Pin3的3.3V是用于支持硬盘的Power Disable(PWDIS)功能的,HGST公司的一些高端硬盘支持这项功能,用于远程开关硬盘,如果SATA接口的Pin3为高电位,则硬盘关闭,所以有一些用户买了HGST的氦气硬盘无法点亮就是因为SATA接口里面的3.3V“作祟”。剪断这根3.3V或者使用转接线都可以解决问题,3.5英寸硬盘只需要12V和5V即可工作。

 

介绍完ATX标准的演变和更迭,回到文章开头的问题,哪些电源是符合ATX12V 2.52标准的?我们从最近两个版本的PSU DG来分析。

首先从PSU DG 1.41也就是对应ATX12V 2.52标准的版本分析。

在时序章节,要符合2020年的Alternative Sleep Mode,要求T1必须要<150ms,T3 PWR_OK Delay要求介于100ms到150ms之间,T2 Power-on time要介于0.2ms和20ms之间。时序方面厂家是不作宣传的。

其次,很重要的一个方面,按PSU DG 1.41的要求,为了应对TDP 165W的CPU,12V2的峰值输出能力要有45A/540W,持续10ms,多路12V的电源基本达不到这个要求,输出功率小于550W的电源基本上也达不到这个要求。退一步讲,持续输出能力需要37.5A/450W。

PSU DG 1.41附带的推荐选项,即把SATA接口移除3.3V,符合这一要求的电源基本没有。放宽一点,海韵PRIME Titainum系列附赠了一个SATA 3.3转接线算是勉强符合要求。再放宽一点,可以把这一条当成可选选项。

 

符合ATX12V 2.52标准的电源也应该符合ATX12V 2.5的要求,所以回过头再补充对ATX12V 2.5即PSU DG 1.4的分析。

PSU DG 1.4增加了5Vsb轻载待机要求到欧洲ErP Lot 6 2013节能标准,要求45mA极轻载的条件下效率仍然要高于45%,这一项比较少有电源宣传,实测下来目前也是极少数高端电源才能符合。

PSU DG 1.4更新了12V的瞬态响应要求的步进大小,增加12V1推荐值为70%,12V2从60%上升到85%,增加的12V3、12V4推荐值是80%。也就是说对电源瞬态响应能力的要求大幅度提高,几乎是要求12V能够带80%的动态负载,即一个500W的电源要能带400W的动态负载,非常严格,不过目前的趋势也是这样的,显卡的动态负载需求也非常苛刻。

 

综上所述,符合ATX12V 2.52标准的电源,会是一款中高瓦数并且效率和动态性能参数非常出众的高端产品,目前为止还没有真正出现,中高端符合ATX12V 2.4标准的电源,还是有不少的。

 

参考资料来自Intel ATX Specification、ATX12V Power Supply Design Guide、Power Supply
Design Guide for Desktop Platform Form Factors。本文的内容跨度差不多24个年头,随着Intel不断地更新PSU DG,本文在未来也会持续更新。

 

V1.0,2019-10-14 

初始版本。