FSP VGA Power: блок питания для видеокарты

Введение

Ни для кого не является секретом, что мощности, потребляемые различными компонентами компьютеров, со временем только растут. Несмотря на то, что периодически случаются "ремиссии", связанные с переходом на новые техпроцессы производства полупроводников (например, процессоры AMD заметно умерили свои аппетиты после перехода со 130 нм на 90 нм), или же со сменой микроархитектуры (сравните, скажем, энергопотребление Intel Core Duo и сравнимого с ним по производительности Pentium D), отступление это временное – конкурентная гонка вынуждает производителей наращивать скорость быстрее, чем появляются новые техпроцессы и тем более микроархитектуры. А наращивание скорости в уже разработанной микроархитектуре может проводиться лишь экстенсивным способом: либо увеличением тактовой частоты, либо увеличением количества параллельно работающих блоков (конвейеров, блоков ALU/FPU и так далее, вплоть до наращивания кэша). Очевидно, что и то, и другое ведёт к увеличению энергопотребления.

В результате за всю четвертьвековую историю персональных компьютеров не было ни одного продолжительного периода, когда потребляемая мощность бы снижалась, и надеяться на то, что в обозримом будущем тенденция изменится, на мой взгляд, чересчур оптимистично. Разве что после перехода к молекулярным биокомпьютерам, но это скорее стоит отнести к научной фантастике, чем к обозримому будущему. Несколько лет назад обозреватели, тестируя новый AMD Athlon 1,4ГГц, обладавший максимальным TDP 72 Вт, дружно отмечали необычно высокое тепловыделение процессора, сейчас же такой цифрой никого не удивишь – максимум TDP давно уже перебрался за сотню ватт.

Точно такая же ситуация существует и на рынке видеокарт. 3dfx Voodoo2 обходилась вообще без какого-либо дополнительного охлаждения (разве что энтузиасты разгона ставили на её чипы маленькие радиаторы), первые GeForce 256 потребляли 25-30 Вт и довольствовались маленькими скромными вентиляторами, современные видеокарты могут потреблять более сотни ватт, а системы их охлаждения давно уже превратились в монстрообразные сооружения, занимающие под свои нужды ещё и соседний с картой слот.

Соответственно росли и требования к блокам питания. Если во времена Pentium MMX вполне актуальным был блок питания общей мощностью всего-то в 145 Вт, то сейчас заявляемые производителями цифры вызывают уже не уважение, а испуг – максимум на данный момент равен 1,1 кВт, а 400-ваттные блоки распространены просто повсеместно. Несмотря на то, что представления многих покупателей о необходимой мощности блока питания несколько искажены, с одной стороны, всевозможной низкокачественной продукцией, заявленная мощность которой попросту не соответствует реальной (откуда и возникают мифы вида "моему компьютеру не хватает 400 Вт блока!", зачастую сопровождаемые описанием конфигурации, которая на самом деле не потребляет и половины этой мощности), а с другой стороны, деятельностью маркетинговых отделов производителей блоков (их, конечно, тоже можно понять, ведь мощность – это наиболее понятная рядовому покупателю характеристика блока, вот и приходится завлекать с её помощью), отрицать рост требований к блокам питания невозможно.

В среде энтузиастов давно уже ходит идея использования в компьютере двух относительно маломощных блоков питания, принимающая те или иные формы. В простейшем случае от одного блока питаются видеокарта, процессор и материнская плата, а от второго – периферия (винчестеры, DVD и так далее). Такая схема весьма проста в реализации, так как не требует никакой доработки блоков, достаточно лишь соединить у них "земляные" провода и контакты PS_ON, по сигналу на которых в блоке включается основной стабилизатор. С другой стороны, в ситуации, когда основное потребление приходится на видеокарту и процессор, запитывать от отдельного блока периферию большого смысла уже нет – ибо её доля оказывается незначительной.

Другой подход заключается в разнесении разных питающих напряжений по разным блокам: скажем, один блок обеспечивает только напряжение +12 В, а другой блок – все оставшиеся. Оба блока дорабатываются таким образом, чтобы стабилизация в первом была привязана к напряжению +12 В, во втором – к +5 В (изначально ATX-блоки стабилизируют оба этих напряжения, основываясь на некоем среднем значении). Доработка блоков не обязательна, но весьма желательна – иначе при работе с нагрузкой только по одной шине выходное напряжение блока может оказаться очень далёким от стабильности.

Такой вариант использования двух блоков питания позволяет получить близкую к идеальной стабильность напряжений, однако имеет два существенных недостатка – во-первых, необходимо наличие квалификации, достаточной для самостоятельной доработки блоков, во-вторых, наиболее прожорливые компоненты современного компьютера питаются от +12 В, поэтому один из блоков будет в любом случае нагружен намного больше другого.

Разумеется, все эти доработки и модернизации – удел отчаянных энтузиастов, так как абсолютному большинству людей существенно проще (да обычно даже и дешевле – с учётом затрат собственного времени) купить новый мощный блок питания, чем городить некую конструкцию из двух блоков питания, второй из которых к тому же непонятно как крепить в корпусе. Впрочем, в последнем вопросе промышленность немного пошла навстречу энтузиастам – в корпусе CoolerMaster Stacker предусмотрено штатное место для второго блока питания, а также переходник, позволяющий подать на него сигнал включения параллельно с основным блоком.

Другой подарок сторонникам использования двух блоков питания преподнесла та же промышленность, но сделала она это неумышленно: широкое использование для питания всего сколько-нибудь прожорливого напряжения +12 В, а также разделение соответствующего выхода блоков питания на несколько (пусть и "виртуальных") линий привело к тому, что у видеокарт и процессоров появились собственные внешние разъёмы питания (разумеется, в случае с процессором разъём расположен на материнской плате, это всем давно известный 4-контактный ATX12V), электрически никак не связанные друг с другом.

Что это означает? В старые времена, когда разъём ATX12V существовал, но линия +12 В у блоков питания была всего одна, не было никакой причины не соединить на материнской плате этот разъём с соответствующим (+12 В, жёлтый провод) контактом основного 20-контактного разъёма платы – больше контактов, меньше сопротивление, меньше потери. Однако это автоматически означало, что, если мы попытаемся запитать процессор от отдельного блока питания, выходное напряжение которого отличается от напряжения основного блока (а совпадать абсолютно точно, разумеется, они не будут никогда), то получим банальное короткое замыкание через материнскую плату, и хорошо, если первой сработает защита блоков питания, а не перегорит дорожка на плате.

Однако, с появлением разделения линий блока питания разъёмы на плате пришлось друг от друга отделить – ведь, право, какой смысл разделять что-то на блоке, если на материнке мы тут же соединим это обратно? Поэтому на современных материнских платах 12-вольтовые контакты разъёма питания процессора электрически никак не соединены с 12-вольтовыми же контактами питания самой платы. А значит, мы можем спокойно подать на них разное напряжение, от разных блоков питания, и ничего страшного при этом не произойдёт.

Аналогичная ситуация и с видеокартами – с тех пор, как они обзавелись собственными разъёмами питания, сначала "винчестерными" или "дисководными" 4-контактными, а теперь уже и специализированными 6-контактными. Одновременно, надо заметить, видеокарты вслед за процессорами обзавелись и весьма неумеренным энергопотреблением, иногда зашкаливающим за сотню ватт.

И вот здесь-то разработчики снова вспомнили идею использования нескольких блоков питания. С одной стороны, в продаже стали появляться модели видеокарт с собственными блоками питания – например, ASUS EAX 1800XT TOP, разъём питания которой выводится на внешнюю планку и подключается к внешнему же блоку питания. Разумеется, такое решение позволяет справиться с перегрузкой основного блока питания компьютера, но имеет два недостатка – во-первых, дополнительными блоками оснащены лишь единичные карты, во-вторых, если Вы используете SLI или CrossFire-систему, то придётся либо запитать одну из карт от основного блока питания, либо мириться уже с двумя дополнительными блоками питания.

Решение проблемы напрашивается само собой – сделать дополнительный 12-вольтовый блок питания, который мог бы подключаться к любой видеокарте и был бы способен без проблем вытянуть энергопотребление двух карт одновременно (а то и всех четырёх, ибо NVIDIA уже обещает нам монстра по имени Quad SLI, хотя пока он монстр более бумажный, чем реальный).

Этой весной две широко известные компании практически одновременно выпустили такие решения – Thermaltake и FSP Group. Кто именно был впереди, зависит от точки зрения – с одной стороны, официальный пресс-релиз Thermlatake выпустила первой, с другой – за пару дней до его появления в новостях уже можно было прочитать подробности об изделии от FSP, хотя и без официального анонса. Так или иначе, но в нашу лабораторию первым попало устройство от Fortron/Source под названием FSP VGA Power.

FSP VGA Power

FSP VGA Power, предназначенный, как это следует уже из его названия, для питания видеокарт, представляет собой устройство для установки в 5,25" отсек компьютера. Какие-либо органы управления на нём отсутствуют, нет даже выключателя питания, на передней панели расположены лишь вентиляционные отверстия и декоративная прозрачная панелька с названием.

На задней панели блока – разъём питания 220 В, 12-контактный выходной разъём, а также 4-контактный разъём, аналогичный разъёмами питания на винчестерах и DVD-приводах. Последний является не выходом блока, а его входом – в него включается один из разъёмов основного блока питания компьютера, появление на котором напряжения служит для VGA Power сигналом к включению. С одной стороны, такая схема обеспечивает полностью автоматическую работу дополнительного блока (он сам включается, и сам выключается, не требуя от пользователя каких-либо дополнительных действий), а с другой стороны, она лучше подключения через переходник к разъёму материнской платы с целью получить с него сигнал PS_ON, активирующийся при включении компьютера и запускающий основной блок питания, ибо любой лишний переходник не несёт с собой ничего, кроме лишних потерь мощности. К слову, компания Thermaltake пошла другим путём – в её блоке используется именно сигнал с материнской платы.

Подключение к сети 220 В сделано весьма разумно – в комплекте с VGA Power поставляется заглушка на заднюю панель компьютера, в которую уже и втыкается собственно сетевой шнур. Впрочем, при желании можно обойтись и без неё – все разъёмы одинаковы, так что ничто не мешает воткнуть шнур прямо в блок, без дополнительного переходника. Проблемы будут разве что у использующих блоки бесперебойного питания – чтобы подключить к ним VGA Power, придётся либо самостоятельно изготовить переходник, или заменить сетевую вилку на имеющемся.

Также к блоку прилагается кабель с двумя 6-контактными разъёмами питания видеокарт, собственно для подключения нагрузки.


Для VGA Power заявлена нагрузочная способность 300 Вт и единственное выходное напряжение +12 В (максимальный ток, соответственно, равен 25 А). Блок имеет активный PFC и способен работать во всём диапазоне напряжений сети без каких-либо переключателей.

Внутреннее устройство VGA Power достаточно типично для импульсных блоков питания, хотя, разумеется, отличается от стандартного ATX-блока – так как выходное напряжение всего одно, то отпала необходимость в дросселе групповой стабилизации. На верхней части фотографии виден сетевой фильтр (три дросселя и конденсаторы между ними) и дроссель активного PFC (крайний левый), на нижней – лежащий на боку силовой трансформатор и большой высоковольтный конденсатор (на самом деле он лишь кажется таким большим сверху – из-за ограничений по высоте для получения нужной ёмкости пришлось использовать конденсатор с большим диаметром корпуса).

На самом крупном радиаторе блока размещены диодные сборки выходного выпрямителя, на двух оставшихся – ключевые транзисторы основного стабилизатора и элементы активного PFC. Маленький радиатор, фактически просто алюминиевая пластинка, закреплён и на диодном мостике на входе блока.

Значительная часть интегральной электроники (то есть микросхем) размещена на обратной стороне платы, так что на самом деле блок не так прост, как кажется при взгляде на его плату сверху. В VGA Power есть и свой дежурный источник, правда, если в обычном ATX-блоке он генерирует нужное материнской плате напряжение +5 В SB, то здесь используется лишь для собственных нужд блока.

Вообще говоря, было бы неправильно думать о VGA Power как о чём-то простеньком – по сложности конструкции он почти не уступает стандартным современным компьютерным блокам питания.

При работе передняя панель блока подсвечивается четырьмя синими светодиодами. Подсветка довольно яркая, и, с моей точки зрения, было бы лучше, если бы сами светодиоды были бы полностью закрыты корпусом и не светили вперёд как четыре маленьких фонарика, а лишь подсвечивали бы название устройства.

Момент, который более всего меня интересовал перед тестированием, вполне очевиден – насколько шумным окажется устройство. Охлаждается оно двумя 40-мм вентиляторами, встроенными в переднюю панель (кстати, перед вентиляторами расположен противопылевой фильтр; он несъёмный, но при необходимости его легко можно очистить снаружи обычным пылесосом), скорость вентиляторов регулируется автоматически в зависимости от температуры радиатора с выходными диодными сборками.


К сожалению, вентиляторы не имеют встроенного таходатчика, а наш оптический тахометр с объектами столь малого размера работает слишком неуверенно, поэтому в объективной части тестирования пришлось ограничиться измерением напряжения питания вентиляторов. Как Вы видите, оно действительно зависит от нагрузки на блок (на самом деле, конечно, от его температуры) и даже при минимальной нагрузке достаточно велико – более 7 В.

Субъективно же можно заключить, что VGA Power весьма шумен в работе, его звук отчётливо слышен даже при небольших нагрузках, при увеличении нагрузки до 150-200 Вт VGA Power и вовсе легко может оказаться самой шумной частью компьютера. Причём положение и тип вентиляторов лишь усугубляют эффект – из-за того, что они вынесены на переднюю панель системного блока, последний не оказывает никакого шумопоглощающего действия, а из-за маленьких размеров и высокой скорости вентиляторы издают характерное высокочастотное шипение, хорошо выделяющееся на общем фоне.

Впрочем, если Вы используете видеокарты со штатными системами охлаждения, то на их фоне звук вентиляторов VGA Power будет уже не столь заметен – он схож и по громкости, и по спектру. Если же Вы предпочитаете использовать тихие системы охлаждения от Zalman, Artic Cooling или других производителей, то VGA Power Вам вряд ли понравится.

В остальном блок оставляет вполне приятное впечатление. Стабильность выходного напряжения близка к идеальной – при изменении нагрузки от 50 Вт до 300 Вт оно меняется от 12,07 В до 11,96 В. В общем, в этом нет ничего удивительного, все проблемы со стабильностью напряжений обычных ATX-блоков связаны с тем, что им в работе приходится балансировать между несколькими выходными напряжениями, здесь же оно одно.


Одно из опасений, которое высказывалось по поводу подобных устройств – не будут ли они слишком сильно нагревать расположенные рядом CD/DVD-приводы. Выше на графике приведены замеры температуры наиболее горячей точки верхней крышки корпуса VGA Power (при этом он не был установлен в компьютер, а лежал на столе; температура окружающего воздуха составляла около 22 градусов). Что ж, действительно, если корпус системного блока позволяет, лучше будет оставить над VGA Power один свободный слот – даже при том, что его крышка для охлаждения не используется (между ней и радиаторами блока, помимо воздушного зазора, ещё и толстая изоляционная прокладка), в максимуме нагрузки её температура превышает 40 градусов. В ситуации, когда VGA Power загружен достаточно сильно, а в расположенном вплотную к нему DVD-приводе крутится диск (например, если Вы играете в какую-то игрушку, подгружающую данные со своего диска), последнему может и поплохеть – как известно, современные скоростные приводы достаточно сильно греются даже в просто тесных корпусах, что уж говорить про дополнительный подогрев снизу...


Пульсации выходного напряжения при полной нагрузке составили около 90 мВ (из них 73 мВ – ВЧ-составляющая на частоте 285 кГц, остальное – НЧ-составляющая на частоте 100 Гц), что укладывается в допустимые пределы (напомню, они составляют 120 мВ).


КПД блока при большой нагрузке немного не дотянул до 85%. Вообще говоря, я ожидал несколько лучшего результата, учитывая более простую по сравнению со стандартными блоками схемотехнику (отсутствие дросселя групповой стабилизации, который греется достаточно сильно) и высокую частоту работы ШИМ. Коэффициент мощности стандартен для устройств с активным PFC и достигает 0,99.

Практическое использование

Разумеется, самым животрепещущим вопросом является вопрос о том, а нужно ли всё это покупателю. Нет, очевидно, что раз параметры блока находятся в определённых стандартом рамках – а это мы установили со всей возможной достоверностью – то, будучи установленным в компьютер, работать он будет. Но – насколько он разгрузит основной блок питания? Сколько видеокарт можно от него запитать? Что ещё интересного можно с ним сделать?

В большинстве статей, оперируя цифрами энергопотребления современных видеокарт, авторы упоминают лишь общее потребление карты. Действительно, когда вся система питается от одного блока питания, только эта цифра и имеет значение – ну, право слово, какая разница, через какой разъём потечёт ток, если на выделяемое тепло и производимый шум он в любом случае повлияет совершенно одинаково?

Однако в нашем случае блоков питания два. И разъёмов у видеокарты тоже два – PCI Express, в который она, собственно, установлена, подводит не только управляющие сигналы, но и питание, с него можно получить мощность вплоть до 75 Вт. Кстати говоря, видеокарты с максимальным потреблением до 50 Вт в последнее время часто уже и не оснащают дополнительными разъёмами питания – зачем, если с их нуждами с запасом справляется PCI Express?

По моей просьбе мои коллеги, занимающиеся тестированием видеокарт, провели дополнительные измерения энергопотребления современных топовых карт, с разбивкой на потребление через разъём PCI Express и через отдельный разъём питания. Представляю Вашему вниманию результаты:


Итак, хорошо видно, что, действительно, почти до 50 Вт мощности потребляются картами через PCI Express (в связи с этим можно также заметить, что младшей карте из протестированных, GeForce 7900 GT, разъём дополнительного питания в общем-то и не нужен), а всё, что выше – уже через разъём дополнительного питания. Приведено потребление только по 12-вольтовой шине, так как почти вся нагрузка ложится именно на неё, доля 3,3-В шины ничтожна.

Блок VGA Power может быть подключён только к последнему разъёму, питание же материнской платы и, следовательно, разъёма PCI Express осуществляет основной блок питания системы. Следовательно, не стоит полагать, что VGA Power позволит полностью разгрузить основной блок, как будто никаких видеокарт и вовсе нет – при установке SLI- или CrossFire-системы на топовых картах нагрузка на основной блок питания компьютера увеличится на 90...100 Вт.

При этом максимальная нагрузка на VGA Power, какая может быть достигнута на современной системе, составляет чуть менее 150 Вт (при использовании двух Radeon X1900 XTX), то есть лишь половину от его максимальной мощности.

Фактически, из этого можно сделать два вывода:

1) Мощность VGA Power не просто достаточна, а избыточна для современных систем, примерно с двукратным запасом. Более того, мощность VGA Power достаточна даже для питания обещанных компанией NVIDIA Quad SLI систем – по крайней мере, собранных на существующих чипах 7900-й серии.

2) VGA Power не может полностью разгрузить основной блок питания компьютера. При установке в систему двух топовых видеокарт нагрузка на последний возрастёт примерно на 100 Вт.

Здесь мне хотелось бы ещё раз вернуться к началу статьи, где я упоминал, что в современных материнских платах разъём питания процессора электрически отвязан от основного разъёма питания платы, а потому к нему может быть без проблем подключён другой блок питания (разумеется, на конкретной плате на всякий случай стоит это проверить с помощью мультиметра – если сопротивление между 12-вольтовым контактом разъёма ATX12V и 12-вольтовым контактом основного разъёма близко к нулю, то они всё же связаны). Отсюда рождается вполне логичная система – раз мощность VGA Power избыточна даже для SLI-системы, то почему бы тогда не запитать от него заодно и процессор? Всё, что для этого потребуется – изготовить для VGA Power новый кабель, что даже при минимальных навыках дело буквально пятнадцати минут.

Вообще же можно заключить, что FSP VGA Power – устройство интересное, но достаточно специфическое. Оно нацелено в первую очередь на энтузиастов – оверклокеров (которым, как известно, мощности блока питания всегда мало), потенциальных владельцев грядущего Quad SLI и так далее. С одной стороны, естественным конкурентом VGA Power выступают мощные блоки питания – та же FSP Group выпускает модели мощностью до 700 Вт, чего с впечатляющим запасом хватит на любую современную систему, причём работать эти блоки, оснащённые 120-мм вентиляторами, будут всяко тише, нежели VGA Power. С другой стороны, VGA Power способен обеспечить превосходную стабильность напряжения, его отклонение от номинала во всем диапазоне нагрузок составляет примерно плюс-минус полпроцента – и вполне может быть, что многие оверклокеры оценят эту характеристику по достоинству. VGA Power же позволит им получить готовое к использованию устройство, не требующее паяния переходников и выпиливания посадочных мест.

Также VGA Power может оказаться интересен ещё одной, правда, весьма узкой, прослойке пользователей – владельцам всевозможных баребонов и тому подобных экзотических корпусов, в которых возможность замены блока питания на более мощный ограничена нестандартностью его форм-фактора. Но, во-первых, таких людей не так уж много (особенно если учитывать только желающих поставить такие процессор и видеокарту, с которыми не справится родной блок), во-вторых, изрядное количество подобных систем просто не имеют свободного 5,25" слота. Да и даже если имеют – как я уже отмечал выше, ставить VGA Power вплотную к DVD-приводу не рекомендуется из-за заметного нагрева корпуса блока питания при работе.

Обычных же пользователей VGA Power вряд ли заинтересует – в их случае лучшим вариантом будет не приобретение дополнительного блока питания, а замена основного. Тем более что новый 400-Вт блок питания (скажем, FSP ATX-400PNF) стоит менее 40$, а цена VGA Power вряд ли будет настолько ниже, чтобы оправдать его покупку. Указанный же блок питания не только способен обеспечить питанием почти любую современную систему (по крайней мере, владельца системы, которую он обеспечить не способен, трудно заподозрить в отсутствии денег на покупку более серьёзного блока питания), но и в работе будет значительно тише, нежели связка из VGA Power и старого маломощного блока.