Iz prakse: Spasavanje glečera i polarnih medveda

Jedna od komponenata personalnih računara koja već dve decenije odoleva promenama jeste napajanje, koje se drži starih ATX12V specifikacija. U maju 2020. godine Intel je objavio specifikacije novog ATX12VO standarda koji bi mogao da promeni način kako naš PC dobija struju…

Ako se pitate šta uopšte fali starom ATX12V standardu napajanja, kratak odgovor bio bi – efikasnost. Iako je uvođenjem 80 Plus sertifikata efikasnost napajanja znatno poboljšana, ono što vam niko ne priča jeste to da 80 Plus sertifikat označava bolju efikasnost kada je napajanje opterećeno preko 20, odnosno 50 odsto. To znači da se prilikom manjeg opterećenja napajanja, posebno ona veće snage, ponašaju vrlo neefikasno. U proseku, u idle režimu računari troše oko 60 do 80 vati. Ako uzmemo da uobičajena napajanja desktop računara raspolažu sa oko 650 W, dolazimo do prosečnog opterećenja napajanja u idle režimu koje se kreće od 9 do 12 odsto – vrednosti u kojima su uobičajena napajanja sa 80 Plus sertifikatom i dalje vrlo neefikasna.

AC/DC

Neefikasnost dolazi iz same prirode napajanja. Ukratko, princip rada napajanja je konverzija naizmenične struje iz utičnice u jednosmernu struju koju zahtevaju komponente vašeg računara da bi mogle da rade. Budući da su elektronske komponente računara osetljive, one zahtevaju „čisto“ napajanje, bez mnogo oscilacija. Pored toga, najteži posao napajanja je simultana konverzija naizmenične struje, koja se dešava stalno, pre svega zbog različitih napona koje zahtevaju različite komponente, kao što su SSD, HDD, vodene pumpe, LED svetlo, kontroleri, USB… Zbog toga napajanja imaju takozvane „grane“: +12 V, +5 V, +5 Vsb, +3,3 V, ‑12 V, ‑5 V.

Izlazna struja napajanja ima vrlo male tolerancije po pitanju oscilacije napona kako bi se izbegla oštećenja komponenata („čisto“ napajanje). Znate kako kad uključite zamrzivač u kući poneko svetlo blago zatreperi ili počne slabije da sija? To treperenje i slabija jačina svetla dešavaju se usled nekonzistentnog napajanje uslovljenog priključivanjem velikog potrošača. Upravo to su idealne situacije u kojima strada elektronika, koja je vrlo osetljiva na promene i oscilacije. Slično je i s računarskim komponentama, koje zahtevaju veoma stabilno i čisto napajanje kako bi radile kako treba, bez obzira na to da li je sistem pod opterećenjem ili ne radi apsolutno ništa.

Kada sve ovo saberete, jasno je da konstruisanje napajanja uopšte nije lak zadatak, posebno jer se od njega traži da sve ovo obavlja efikasno. Ne treba zaboraviti ni da se u procesu konverzije jedan deo struje pretvara u toplotu, što dodatno opterećuje napajanje, koje zahteva i bolje hlađenje da bi radilo normalno.

Jedan ATX12V za sve

ATX12V napajanje već 20 godina nudi univerzalnu kompatibilnost s novim uređajima, bez mnogo izmena po pitanju naponskih zahteva i tipova konektora. Tu na vodenicu napajanja ide i činjenica da se evolutivni proces napajanja kretao u smeru omogućavanja više struje ka gladnim komponentama koje iz generacije u generaciju zahtevaju jače napajanje. Ovo ne zvuči baš kao smer u kojem ide „zelena“ tehnologija koja će sprečiti topljenje polarnih kapa i spasti pingvine na Antarktiku, zar ne? Upravo ovo poslednje je razlog zbog kojeg se Intel uključio u trku definisanja novog standarda koji bi trebalo da unapredi efikasnost napajanja, posebno u režimu mirovanja.

Novi ATX12VO standard menja celu filozofiju rada kako bi se postigla veća efikasnost, izbacujući različite grane napajanja (+5 V, +3,3 V, ‑12 V, ‑5 V). Da bismo razumeli zbog čega se iz napajanja izbacuju 3,3V i 5V grane, moramo se vratiti malo u prošlost. U početku je većina komponenata personalnih računara radila na 5V, ali se s vremenom prešlo na 12‑voltno napajanje.

Primera radi, prosečno napajanje od 600 W od pre 15 godina oko četvrtinu svoje snage usmeravalo je na 3,3V i 5V grane, dok moderna napajanja današnjice za pomenute grane odvajaju oko 15 odsto ukupne snage. I nije samo preraspodela snage evoluirala, već je i efikasnost znatno porasla. Pomenuta napajanja od pre 15 godina radila su sa efikasnošću od oko 80 odsto, dok su moderna napajanja tu efikasnost popela na oko 98 odsto. U brojkama, napajanje iz 2005. godine zahteva 122,5 W naizmenične struje da bi generisalo 98 W jednosmerne struje, dok današnjim napajanjima za istih 98 W treba samo 100 W.

Jedan od problema modernih napajanja s više naponskih grana jeste to što nisu baš toliko efikasna pri manjim opterećenjima. Više grana znači da napajanja moraju da šalju malu količinu struje ka svim granama, bez obzira na to da li se one koriste, smanjujući efikasnost na samo 50 do 60 odsto. Eliminisanjem dodatnih grana ATX12VO specifikacija ovu efikasnost podiže na 75 odsto. Na taj način manje para dajete elektrodistribuciji i manje grejete ostatak sistema neefikasnom konverzijom. Prema nekoliko nezavisnih istraživanja sprovedenih uglavnom na teritoriji Severne Amerike, većina desktop računara više vremena provede u stanju mirovanja i male potrošnje nego pod opterećenjem, što i te kako tera vodu na vodenicu implementacije novog standarda.

Jedna grana za sve

Zbog svoje prirode, ATX12VO napajanja imaće samo jednu granu od 12 V, ali to ne znači da će se zahtevi za 5 V i 3,3 V napajanjima menjati. Ideja je da se konverzija sa 12 V na 3,3 V ili 5 V iz napajanja premesti na matičnu ploču, jer se 5 V konektor i dalje koristi za napajanje SSD‑ova, HDD‑ova, USB portova, pumpi vodenog napajanja…

Sve ove transformacije imaju svoja za i protiv. S dobre strane je činjenica da se štampana ploča za transformaciju napajanja može skalirati tačno prema potrebama konkretnog modela, umesto standardnih ATX napajanja koja se ne prave direktno prema potrošačima, već moraju da imaju prostora za manje i više zahtevne korisnike. Nije dobro to što se na ionako kompleksne matične ploče dodaje još komponenata, što će značiti da će njihove cene morati da rastu, kao i da će ovi elementi zauzimati površinu koja se inače koristi za nešto drugo. Ne treba zaboraviti ni da će se ovaj deo vrlo verovatno prilično grejati, što znači dodatne hladnjake na malom prostoru.

Integracijom nove naponske sekcije na matičnu ploču omogućava se bolja kontrola toka struje, jer većina kvalitetnijih matičnih ploča ima zasebne čipove za kontrolu napajanja, koji onda mogu efikasnije da raspoređuju napajanje prema potrebama potrošača. Sigurno je da će cene ATX12VO napajanja biti manje, kao i da će koristiti drugačije konektore s manje pinova, ali i mnogo tanje kablove, pa će upravljanje kablovima biti jednostavnije.

Prvo skoči, pa reci hop

Kao i sve tehnologije u povoju, i dalje postoje nepoznanice i problemi koji će se rešavati u hodu. Primera radi, povezivanje 2,5‑inčnih SATA uređaja je nezgodno, jer zahteva da prvo povežete napajanje na ploču, pa onda druge kablove s ploče do drajva umesto da struja ide direktno iz napajanja. Takođe, ne treba zaboraviti ni da ATX12VO napajanja svoju pravu prednost ostvaruju samo pri maloj potrošnji, što znači da čim prebacite 50 odsto opterećenja, standardna napajanja postaju ista ili efikasnija.

Za sada ova napajanja i odgovarajuće matične ploče nisu previše interesantni krajnjim korisnicima, jer su pre svega namenjeni sistem integratorima i velikim sistemima s mnogo računara koje dobar deo dana imaju malu potrošnju i kod kojih je veoma bitno da potrošnja ne prelazi određenu granicu. I dalje ostaje nepoznanica da li će ovaj novi standard napajanja zaživeti ili će imati sudbinu već zaboravljenog BTX standarda, koji je takođe inicirao Intel i koji je takođe započeo svoj put preko sistem integratora. Javljamo se kad nova napajanja i matične ploče stignu na test…