Od začátku letošního roku je zřejmé, že tímto řešením bude formát BTX, který
pro stolní počítače znamená změny v základních deskách, nových skříních i
napájecích prvcích. Investice do rozšíření aktuálních PC mohou tedy vést do
slepé uličky.
Specifikace Balanced Technology Extended (krycí jméno "Big Water") se zakládá
na standardech, které mají v budoucnosti umožňovat efektivní rozvoj PC systémů.
V nových formátech BTX jsou zohledněna hlavně termická zatížení, spotřeba
elektrické energie, hladina hluku, elektromagnetická kompatibilita a umístění
komponent. Standard BTX verze 1.0 byl schválen již v září 2003 a v první řadě
se věnuje deskám pro stolní počítače a kompaktní systémy - je ale jako předloha
vhodný i pro větší řešení. Při definici standardu kladli vývojáři důraz
především na technologie jako PCI Express (viz PC WORLD 3/2005) a Serial-ATA.
Nový standard zpravidla znamená i změnu komponent a tím i nákladů. Při přechodu
k typu BTX musí být vyměněno více komponent. Vedle základní desky potřebuje
uživatel odpovídající skříň, napájecí prvky a vhodný chladicí systém procesoru.
V tomto článku podrobně objasníme, jaké změny a inovace pro budoucí počítačové
systémy nový typ BTX standard přinese.
Typ ATX
K dnes nejznámějším typům patří ATX standard (Advanced Technology Extended),
který byl představen společností Intel v roce 1995. Byl speciálně vyvinut k
tomu, aby zajistil dobré rozšíření a co nejkratší kabelové vedení k jednotce i
k napájecímu prvku. Navíc ventilace napájecích prvků a jejich uspořádání ve
skříni přebírá důležitou chladicí funkci pro základní desky. Další výhodou bylo
svedení všech důležitých externích rozhraní do zadní oblasti základní desky a
zavedení 20pólového připojení, chráněného proti přepólování.
Specifikace ATX byly v roce 1999 zavedeny jako standard a aktuálně existují v
revizi 2.2. Ta stanovuje všechny důležité normované parametry jako rozměry
základních desek, uspořádání konektorů, patic, čipsetů a vrtů. Tomuto standardu
podléhají také skříně a napájecí zdroje a jsou proto označeny stejným jménem.
Vedle standardu či typu Fullsize ATX byly zavedeny i menší formáty. Následující
tabulka poskytuje přehled o aktuálních typech ATX:
Typy LPX, NLX a ITX standard
Modifikaci typu ATX standard představují typy LPX a Mini LPX, přičemž název Low
Profile Extended prozrazuje právě místo nasazení těchto specifikovaných
základních desek. LPX je standard určený hlavně pro počítače s plochým tvarem
skříně. Další karty se instalují vodorovně přes rozšiřující kartu v
odpovídajícím slotu na desce. Nevýhodou je špatné odvádění tepla a
nedostačující a omezená rozšiřitelnost těchto systémů. Díky NLX a Mini NLX má
uživatel k dispozici dvě další varianty formátu LPX. Jsou ještě kompaktnější a
oproti LPX nabízejí AGP slot. Vedle společnosti Intel představil vlastní
specifikace pro základní PC desky i tchajwanský výrobce čipsetů VIA. Již roku
2001 zveřejnila VIA specifikaci ITX (215 x 191 mm) pro vysoké a kompaktní
základní desky. Následují Mini ITX (170 x 170 mm) a koncem roku 2004 Nano ITX
(120 x 120 mm). U obou posledních variant je procesor z nedostatku místa pro
patici pevně přiletován k základní desce.
Podklady pro typ BTX standard
Elektrický příkon PC systémů neustále roste.
Vzhledem k teplu vznikajícímu ve skříni počítače, které způsobují tzv. horké
body (součástky, které vytváří teplo) jako je CPU, čipset nebo grafická karta,
je tento vývoj problematický. Typ BTX má v první řadě rychle a efektivně
odvádět ve skříni vznikající teplo. Oproti typu ATX vyžaduje radikální změny v
konstrukci a rozvržení desky.
Na základě následujících příkonů komponent PC systému navrhují vývojáři
rozdílné typy BTX. K nejdůležitějším cílům konstrukce BTX patří nízká teplota
systému i nepatrné zatížení hlukem při daných velikostech skříní.
Na základě těchto zadání koncipovalo sdružení Form-Factors
(http://www.formfactors.org) rozdílné typy BTX jako Standard, Micro a Pico BTX.
Aby se vesměs vyhovělo daným požadavkům, vyvinuli vývojáři pro typ BTX nový
chladící koncept ve formě chladícího modulu. Inteligentní ventilační správa i
vypracované rozdělení komponentů ve skříní se navíc stará o mírnou teplotu a
nízkou hladinu hluku.
Chlazení BTX
Centrální prvek nového typu BTX Standard vytváří tzv. chladící modul. Byl
koncipován tak, aby byly všechny součástky s kritickou teplotou chlazeny
modulem. BTX Standard minimalizuje počet ventilátorů na dva, jeden pro chladící
modul a jeden pro napájecí zdroj.
BTX specifikace uspořádá teplotně relevantní komponenty na základní desce tak,
že proud vzduchu naráží na malý odpor. Jako aktivní chladicí element nasazuje
typ BTX chladící modul. Skládá se z chladiče procesoru uspořádaného do
kruhových destiček a axiálního ventilátoru a otvoru, který vede cíleně vzduch
skříní. Tato konstrukce umožňuje přímé chlazení vnitřních komponent.
Na rozdíl od specifikace ATX předepisuje standard BTX, že osazená strana
grafické karty PCI-Express leží přímo v proudu vzduchu chladícího modulu.
Dodatečné aktivní chlazení grafického čipu by tak bylo zbytečné. V chladící
oblasti modulu musí být i čipsety.
Výhodou chladícího modulu není pouze efektivní chladicí výkon, ale i nízká
hladina hluku. O cirkulaci vzduchu v systému se v ideálním případě starají
pouze dva speciální optimální ventilátory. Další ventilátory jako zdroje hluku
odpadají.
Termální modul Pico v detailu
Varianty Pico a Micro nemají oproti standardnímu BTX chladícímu modulu žádné
kruhové destičky, ale skládají se z 40 obdélníkových, 0,4 mm silných měděných
chladících plechů na měděné desce. Hmotnost je omezena na maximálně 900 gramů.
Technici sladili základní desku a výšku chladících destiček, aby dosáhli co
nejlepšího odvádění tepla. Chladící koncept je sice velice efektivní, díky
použitému materiálu se však objevují vysoké náklady a roste hmotnost.
Vedle chladiče je centrálním prvkem Pico BTX chladícího modulu speciálně
konstruovaný ventilátor. Spolu s ventilátorem skříně vytváří optimální proud
vzduchu pro chlazení komponent, navíc za nepatrných ztrát díky odporu proudění
vzduchu. Těsnění čela skříně zabraňuje nežádoucímu nasátí teplého vnitřního
vzduchu. Navíc rozdělovač nevede proud vzduchu pouze přes chladič, ale i pod
ním k regulátoru napětí a na spodní stranu základní desky.
Rozdělovač vzduchu byl vyvinut speciálně pro menší variantu chladícího modulu
typu II a rovněž - ačkoliv ne nezbytně - byl převzat z typu I. Tato konstrukce
při redukované přední ploše typu II vede méně vzduchu na regulátor napětí a na
spodní stranu základní desky. Z toho plyne lepší výkon chlazení modulu, protože
se zvyšuje proud vzduchu přes vrchní chladič.
Rozdělení teploty
Pico BTX bude v budoucnu představovat nejmenší typ pro PC. Je specifikován
objemem šest až deset litrů. Intel předvedl právě na formátu PICO na Intel
Developer Forum 2004 chladící a akustické vlastnosti tohoto nového systému.
Pokud vycházíme z maximálního příkonu referenčního systému celkem 226 W, vypadá
rozdělení teploty v systému Pico BTX jako na obrázku číslo 9.
Nejvyšší příkon až do 115 W spotřebuje procesor. S 38 W celkového příkonu se
spokojí regulátory napětí. Integrovaná grafika a paměť spotřebují 18, resp. 14
W. Jak ukazuje příjem tepla desky Pico BTX, odráží se vysoké příkony v horkých
bodech. Současně příjem objasňuje, že chladící modul disponuje dostatečným
chladícím výkonem, aby účinně chránil komponenty před příliš vysokými teplotami
při okolní teplotě 35 stupňů Celsia. Obrázek oběhu vzduchu v systému Pico BTX
dokládá, že teplotně kritické komponenty jako CPU chladič, MCH nebo instalovaná
grafická karta PCI-Express jsou nevyhnutelně obtékány nejvyšší rychlostí proudu
vzduchu. V těchto oblastech je tedy chlazení optimální. I úloha filtru
napájecího prvku jakožto odsávacího ventilátoru pro proud vzduchu uvnitř
systému je zřejmá. Navíc pohyby vzduchu ukazují, že paměť leží v oblasti
proudění obou ventilátorů a tím je rovněž ochlazována.
Akustika BTX
Podle platných předpisů o rozvržení pracoviště nesmí při převážně intelektuální
činnosti hladina hluku přesáhnout 55 dB (A). U jednodušších nebo převážně
mechanických kancelářských prací je to 70 dB (A). Zde by měla všechna
kancelářská technika jako počítač a tiskárna pracovat nehlučně. Proto se
vývojáři typu BTX zabývali také kritériem akustiky. Podle společnosti Intel
dosahuje referenční konstrukce typu BTX v běhu na prázdno maximální hladiny
zvuku 34 dB (A). Hlavními zdroji hluku přitom je ventilátor chladícího modulu,
zásobování proudem vzduchu a také pevný disk.
Aby mohla být v systému BTX regulována teplota, má ventilátor chladícího modulu
dva kontrolní vstupy. První obsahuje data z teplotního senzoru na chladícím
modulu. Druhý je připojen na power management kontroléru. Ten reguluje napětí
ventilátoru modulu a tím i počet otáček a tedy i výkon chlazení. Důležité
informace ke kontroléru přenáší teplotní senzor na systému základní desky a
termální dioda v procesoru.
Ventilátor napájení navíc disponuje nezávislým řízením otáček. To je závislé na
dodávaném proudu napájecího prvku pro připojené komponenty a na vnitřní
teplotě. Počet otáček ventilátoru je řízen tak, že je zaručeno optimální
chlazení při minimální hladině hluku.
Formát BTX
BTX nabízí hned tři řešení: standardní typ BTX, Micro BTX a Pico BTX. Důležitým
aspektem při vývoji bylo, že konstrukce desky bude vycházet ze stejného
základu. Proto je hloubka u všech formátů 266,7 mm, mění se pouze šířka desek.
To sníží při skládání různých typů náklady. Výrobce počítače může použít stejné
komponenty (třeba disketové jednotky, napájecí zdroje a chladící moduly) v
odpovídajících odlišných BTX skříních. Následující obrázky zobrazují tři
specifické typy základních desek BTX a jejich příkladný systém rozvržení.
Pro typ Pico BTX existují referenční konstrukce. Představují, jak jsou v
takovém systému seřazeny komponenty.
Standard BTX také exaktně stanoví maximálně přípustnou výšku. Aby zůstal co
nejvíce flexibilní, stanoví specifikace s označením Typ 1 a Typ 2 dvě rozdílné
výšky. Ty se vztahují na použitý chladící modul, který nepřímo určuje maximální
výšku skříně. Typ 1 požaduje výšku 86 mm, mohou být tedy použity karty s běžnou
konstrukční výškou. U typu 2 s maximální přípustnou výškou
60,6 mm mají v odpovídajících systémech dostatek místa už pouze Low-Profile
karty. Ostatně rozšiřující karta umožňuje i v takových počítačích (tedy v těch
s o 90 stupňů nakloněnými sloty) instalaci vysokých karet.
BTX napájecí zdroj
Současně s novým typem BTX definovali vývojáři odpovídající napájecí modul.
Organizace Form Factor (http://www.formfactors.org/) přijala v listopadu 2003
specifikaci 1.0 pod jménem Compact Form Factor (CFX12V). Ta podorbně popisuje
předpoklady pro bezchybné zásobování systému Balanced Technology Extended
napětím ve velkých skříních o velikosti 10 až 15 litrů.
Ve srovnání s původním ATX se napájecí zdroj CFX12V liší v konektorovém
vybavení. Konektor chráněný proti přepólování má místo současných 20 nyní 24
připojení. Aby mohl být pokryt vysoký příkon karty PCI-Express (až 75 W), má
CFX12V po jednom přídavném 12V, 5V, 3,3V a jednom zemnícím vodiči. Kromě toho
disponuje napájecí modul sériovým konektorem ATA.
Maximální přípustný příkon činí podle specifikace 275 W. Ale specifikace CFX12V
přenechává explicitně vývojářům, aby vyvinuli i napájecí zdroje s vyšším
příkonem, určené pro skříně s velkým objemem.
BTX skříně
Typ BTX požaduje od výrobců skříní změnu ve způsobu myšlení. Pokud měli u
skříní ATX ještě relativně dostatek volnosti pro originální konstrukci, musí se
nyní podrobit předepsaným omezením specifikace BTX. Uspořádání chlazení a
systémových komponent je totiž pro optimální výkon chlazení i počítače
rozhodující.
Uvedením standardu BTX se skříně ATX stávají zastaralými. Aby bylo zajištěno
optimální chlazení komponent v systému, musí skříň splňovat specifikace BTX.
Nezměnil se pouze vnitřek skříně BTX, ale i čelo a zadní připojovací lišta,
která již neodpovídá tradičnímu standardu ATX.
Závěr
Typ BTX nabízí oproti ATX rozhodující výhody. Díky nově vyvinutému chlazení má
k dispozici jednotný chladící systém pro CPU a čipset, který poskytuje
dostatečný vývojový potenciál pro budoucí komponenty s vyšším příkonem. BTX
specifikace zohledňují: vznik tepla u velmi výkonných grafických karet
PCI-Express. BTX se snaží regulovat nejen vznik tepla v počítačovém systému,
ale současně se snaží co nejvíce redukovat i hlasitost. Problém řeší chladící
modul, který vytváří obrácený proud vzduchu a chladí v počítačovém systému
horká místa. Pro regulaci teploty systému je totiž podstatný pouze centrální,
hlasitost redukující ventilátor. Další hlučné ventilátory jsou zbytečné.
Přizpůsobivá konstrukce standardu BTX přináší další výhody obzvláště výrobcům
počítačů. Umožňuje podle situace na trhu reagovat efektivně s ohledem na čas a
peníze, například pokud je poptávka po Micro BTX místo Standard BTX. Uvedením
standardu BTX jsou potřebné nové komponenty systému - základní deska, napájecí
zdroj, skříň a odpovídající chladící modul. Dosavadní ATX prvky již nebudou
použitelné. S malým počtem komponent BTX jsou v zaváděcí fázi spojeny vysoké
náklady, pozdější masová výroba komponent a počítačů však srazí ceny na
obvyklou hladinu. BTX se měl na trhu objevit již v polovině roku 2004, ale
první skutečné počítače jsou představovány až nyní.
PŘEDPLATNÉ
ČLÁNKY DO MAILU