ATX 3.0 и 3.1 — новая эра блоков питания: почему старые БП уже не справляются

Долгие годы стандарт блоков питания ATX существовал как серый кардинал вычислительной индустрии. БП с этой спецификацией обеспечивали стабильность и совместимость компонентов, не привлекая к себе особого внимания пользователей, а выбор БП часто сводился к формальному подбору мощности по калькуляторам и проверке сертификата 80 PLUS. Однако в сегодняшних реалиях ситуация полностью меняется. Резкий скачок энергопотребления до тысяч ватт со стороны топовых GPU и CPU вывел блоки питания ATX на передний план, поскольку прежние подходы к проектированию и выбору БП перестали работать. В ответ на эти вызовы современной IT-индустрии, компания Intel разработала стандарты ATX 3.0 и ATX 3.1, обеспечивающие беспрецедентную надежность и широкие возможности масштабирования современных вычислительных систем. В этой статье мы детально разберем эволюцию стандарта ATX, расскажем о ключевых инновациях ATX 3.0/3.1, а также объясним, почему старые блоки питания больше не могут гарантировать надежную работу современных и будущих устройств.

Эволюция стандарта ATX не просто неразрывно связана с ростом производительности и энергопотребления вычислительных компьютерных компонентов — она задавала основу для появления новых CPU и GPU. Предшественник ATX в лице Baby AT (1987 года выпуска) с ростом мощностей процессоров и появлением шины PCI стал испытывать серьезные трудности с компоновкой, охлаждением и распределением кабелей питания. Революционный ATX 1.0, представленный Intel в 1995 году, решил эти проблемы, введя единый форм-фактор для материнских плат, корпусов и блоков питания. Он стандартизировал расположение компонентов (процессор ближе к БП и вентилятору, слоты расширения вдоль), перенес разъемы ввода-вывода на заднюю панель единым блоком и представил знакомый всем 20-контактный основной разъем питания. Следующим шагом стал выход стандарта ATX 2.0 (и его версии 2.2, 2.3 и т.д.). Его релиз был продиктован дальнейшим ростом аппетитов центральных процессоров и, в особенности, увеличением мощностей видеокарт. Появление энергоемких CPU Pentium 4 и мощных GPU потребовало еще большего усовершенствования линий питания. Ответом на это стал переход на 24-контактный разъем питания (сохранив обратную совместимость с 20-pin) и введение дополнительных разъемов: 4-pin (позже 8-pin) EPS для CPU и 6-pin (позже 6+2-pin / 8-pin) PCIe для GPU. Растущие требования к эффективности привели к появлению и популяризации сертификатов БП 80 PLUS. Однако фундаментальные принципы работы БП, такие как способность справляться с долговременной нагрузкой и относительно плавное изменение энергопотребления (работа без резкого увеличения энергопотребления), оставались неизменными. ATX 3.0 и 3.1 (2022 и 2023 годы выпуска) представляют собой не просто очередную итерацию, а значительный скачок, спровоцированный новым уровнем кратковременных пиковых нагрузок, которые стали нормой для современных высокопроизводительных систем.

Стандарт ATX 3.0, окончательно утвержденный в 2022 году, принес несколько фундаментальных изменений, направленных на решение проблем обеспечения питания для новейших компонентов, таких как видеокарты Nvidia RTX 4000 и процессоры Xeon W и Ryzen Threadripper.

• Разъем 12VHPWR (12-Volt High Power). Введение 12VHPWR стало самым заметным нововведением в ATX 3.0. Этот 16-контактный разъем (12 силовых + 4 сигнальных) заменил целый пучок традиционных 6+2-pin PCIe разъемов для питания видеокарт. Его ключевая особенность — безопасная подача до 600 Вт (по 55.5A на 12В) по единому компактному кабелю. Это решило проблему громоздких жгутов из 3-4 кабелей для топовых GPU. Сигнальные контакты (Sense0-Sense3) позволяют видеокарте и БП взаимодействовать для подачи оптимального питания, тем самым предотвращая перегрузку.
• Поддержка Power Excursion. Еще одно важное нововведение ATX 3.0 — поддержка кратковременных пиковых нагрузок. Современные GPU и CPU способны на кратковременные (от микросекунд до миллисекунд) скачки потребления энергии, значительно превышающие их заявленный TDP (иногда до 2-3 раз). ATX 3.0 впервые формализует требования к способности БП выдерживать такие скачки без отключения или просадки напряжения. Стандарт ATX 3.0 требует, чтобы блок питания мог выдерживать пиковую нагрузку в 200% от своей номинальной мощности (для топовых моделей TDP > 450W) в течение 100 микросекунд и 160% от номинала в течение 1 миллисекунды. Для БП с номиналом ниже 450W требования несколько мягче (до 180% и 140% соответственно). Это критически важно для обеспечения стабильности работы системы с частыми скачками нагрузки при гейминге, рендеринге или ИИ-вычислениях.
• Стабильность напряжения и эффективности. Стандарт ATX 3.0 ужесточил допуски по просадкам и выбросам напряжения (+12V, +5V, +3.3V) не только под постоянной нагрузкой, но и, что особенно важно, во время резких переходных процессов (скачков потребления тока компонентами). Требования к минимальной эффективности также повышены, особенно в ключевых точках нагрузки (10%, 20%, 100% от номинала), что способствует снижению тепловыделения и энергопотребления системы в целом.

Блок питания TR-TG1200 с поддержкой стандарта ATX 3.0 и интерфейса PCIe 5.0 с коннектором 12VHPWR на 600 Вт для подключения GPU. 

Выпущенный в конце 2023 года, стандарт ATX 3.1 является усовершенствованной версией ATX 3.0, направленной на устранение выявленных недостатков и дальнейшее повышение надежности блоков питания:

• Разъем 12V-2x6 (H++). Это главное отличие ATX 3.1 от ATX 3.0. Разъем 12V-2x6 физически совместим с 12VHPWR, но содержит несколько аппаратных изменений. Ключевое изменение – углубление сигнальных контактов внутрь разъема, а не поверх него. Это гарантирует, что соединение силовых линий установлено надежно и с должным усилием до того, как сигнальные контакты начнут взаимодействие. В 12VHPWR сигнальные контакты могли быть частично соединены даже при неполном вставлении силовых, что приводило к ситуации, когда видеокарта запрашивала полную мощность (600Вт), но физическое соединение не могло ее обеспечить, вызывая локальный перегрев, оплавление контактов и разъемов или даже полный выход видеокарты из строя. 12V-2x6 практически полностью исключает этот сценарий, повышая безопасность системы. Этот разъем также иногда обозначается как "12V-2x6" или "H++".
• Ужесточение требований к стабильности и защите. ATX 3.1 предъявляет еще более строгие требования к поддержанию стабильного напряжения во время экстремальных переходных процессов и к работе систем защиты (OPP/UVP/OCP). Это повышает общую отказоустойчивость вычислительной системы.
• Оптимизация для передовых компонентов. Стандарт ATX 3.1 также поддерживает еще более энергоемкие графические процессоры серии RTX 5000, Radeon RX 9000 и процессоров AMD Ryzen 9000, а также новых технологий питания, обеспечивая больший запас прочности и универсальность блоков питания.

При этом, стандарт ATX 3.1 не заменяет ATX 3.0 полностью, а является его логичным и важным продолжением, делая новые стандарты блоков питания более безопасными и надежными в реальных условиях эксплуатации. Тем не менее, ATX 3.1, будучи наиболее актуальным стандартом БП, обеспечивает максимальную отказоустойчивость системы и безопасность компонентов, поэтому лучше всего использовать блоки питания именно с этим стандартом.

Рассмотрим наглядный пример ситуации, при которой передовая видеокарта RTX 5090 устанавливается в систему со старым блоком питания — ATX 2.4 мощностью 850Вт, но без поддержки Power Excursion. Раньше такие блоки вполне успешно поддерживали интеграцию топовых GPU, однако сейчас подобные БП остались лишь у энтузиастов. Вот что произойдет при построении системы на базе ATX 2.4 и RTX 5090:

• Проблема переходников. Поскольку старый БП не имеет нативного разъема 12VHPWR или 12V-2x6, используется адаптер "3x или 4x 8-pin PCIe в 12VHPWR". Эти адаптеры, особенно ранние версии, часто становятся слабым звеном подобной системы. Плотность тока в их контактах и на участках пайки может быть чрезмерной при пиковых нагрузках GPU в 500-600Вт и выше, приводя к локальному перегреву, оплавлению пластика или даже возгоранию переходника.
• Экстремальные пиковые нагрузки: RTX 5090, как и ее предшественники, будет генерировать кратковременные пики потребления, легко достигающие 1000-1200Вт в течение микросекунд. Старый БП стандарта ATX 2.x физически не рассчитан на такие скачки. Это приведет к срабатыванию защиты (OPP/UVP). Защита от превышения мощности (OPP) или пониженного напряжения (UVP) блока питания воспримет этот кратковременный, но огромный скачок как аварийную ситуацию. БП просто отключится, вызвав внезапную перезагрузку или выключение ПК прямо во время рендеринга или гейминга. Если защита не сработает мгновенно, произойдет сильная просадка напряжения по линии +12V. Это может привести к нестабильной работе не только видеокарты, но и процессора, материнской платы, вызывав артефакты, зависания или повреждение компонентов в долгосрочной перспективе. Также блоку питания придется работать в экстремальном режиме, далеком от расчетного. Его компоненты (конденсаторы, дроссели, транзисторы) будут перегреваться сверх нормы, что резко сокращает срок их службы (деградация) и повышает риск полного отказа. Разъемы на БП также подвергаются перегреву из-за чрезмерного тока.
• Отсутствие коммуникации. Старые БП не имеют сигнальных линий 12VHPWR/12V-2x6. Видеокарта не может сообщить блоку питания о своем максимальном потенциальном энергопотреблении, а блок не может адекватно подготовиться к пику или ограничить подачу энергии, если его возможностей недостаточно. 

Итог: Даже внешне мощный и качественный старый БП становится источником риска в системе с новейшим GPU, такими как RTX 5090. Он не просто может отключиться – он может стать причиной повреждения дорогостоящих компонентов.

Серверный мир движется по своему пути, поэтому в этом секторе существуют свои стандарты БП, такие как CRPS (Common Redundant Power Supply), OCP (Open Compute Project) Power Supply или спецификации Open Rack. Здесь вы не найдете маркировки "ATX 3.0 compliant". Однако требования, породившие ATX 3.0/3.1 в десктопных устройствах, в серверном сегменте уже существовали и были еще более жесткие.

Серверные блоки питания проектируются исходя из императивов дата-центров: максимальная надежность, отказоустойчивость, плотность размещения, эффективность и управляемость. Работа с GPU для ИИ/ML (NVIDIA H100, H200, B100/200/300, AMD MI300X) или высокопроизводительными CPU, потребляющими 700+ Вт, давно стала нормой. Серверные стандарты де-факто уже включали требования, аналогичные или превосходящие ATX 3.0/3.1:

• Резерв под пиковые нагрузки. Серверные БП изначально рассчитаны на работу не только в номинальном режиме, но и с существенным запасом пиковых значений тока. Пиковые нагрузки в 150-200% от номинала на короткое время — ожидаемое поведение серверного оборудования, и БП должны его выдерживать без отключения или просадок.
• Мгновенная реакция на Excursion. Требования к скорости реакции системы регулирования напряжения (Response Time) на резкие скачки нагрузки в серверных БП традиционно строже, чем в десктопных БП.
• Работа с экстремальным TDP. Питание GPU с TDP 700Вт и выше — классическая нагрузка для современных ИИ-серверов. Разъемы питания (часто проприетарные или основанные на высокоамперных стандартах вроде 12V) и схемотехника рассчитаны на постоянные и пиковые нагрузки подобного уровня.

В серверах Supermicro используются в блоки питания стандарта CRPS (Common Redundant Power Supply) с повышенной мощностью вплоть до 3000 Вт и выше. В современных GPU-платформах, таких как как H200/NVL72, блоки питания CRPS оснащены продвинутой схемотехникой, обеспечивающей стабильность при пиковых нагрузках GPU. Однако в старых серверных шасси Supermicro даже мощные CRPS-блоки не имеют этих современных технологических решений. При пиковых скачках энергопотребления GPU такие блоки будут вести себя подобно обычным десктопным блокам питания — возможны просадки напряжения, срабатывания защиты и общая нестабильность работы системы. Крайне важно подбирать блоки не только по мощности, но и по способности выдерживать пиковые значения тока конкретной конфигурации, особенно при использовании мощных графических ускорителей.

Эра, когда блок питания был тихим и неприметным компонентом в углу корпуса, безвозвратно ушла. Стандарты ATX 3.0 и 3.1 – это не маркетинговая уловка, а жизненно важный инженерный ответ на реальные физические ограничения, с которыми столкнулась индустрия из-за экспоненциального роста энергопотребления и, самое главное, кратковременных пиковых нагрузок современных GPU и CPU. Эти стандарты закладывают фундамент для работы не только сегодняшних флагманов вроде RTX 5090, но и будущих поколений, таких как RTX 6000 PRO и Rubin R100/R200.