Einblicke in ATX v3.0, ATX12VO v2.0 und PCIe 5.0 – Wenn Ressourcenverschwendung zum neuen Standard wird | Investigativ

1 - Einführung, 12VHPWR Stromanschluss für Grafikkarten im Detail 2 - Intels (Alb)Traum: Lastspitzen von CPU und GPU bis 2.4 KW

Der Wettlauf um immer schnellere CPUs und vor allem auch GPUs treibt mittlerweile derartige Blüten, dass für die neue energetische Verschwendungs-Offensive sogar bestehende Standards aufgeweicht bzw. so abgeändert werden müssen, dass wohl bald jeder Endverbraucher auf ein portables Kernkraftwerk sparen muss, wenn er sich nicht bis ins hohe Alter hinein beim Energieversorger verschulden will. Um es vorab ganz klar auszudrücken: Ich habe nichts gegen den technischen Fortschritt an sich, aber in Zeiten steigender Ressourcen-Verknappung und des anstehenden Klimawandels sind die aktuellen Bestrebungen, über die ich heute leider schreiben muss, nicht nur fehl am Platz, sondern fast schon eine Leugnung längt bewiesener Tatsachen.

Doch bevor ich zur ATX v3.0 und den neuen Auswüchsen bei den Netzteilanforderungen einschließlich der Duldung von Netzteil-Lasten bis weit über 2 KW komme (und wir damit auch über die Rolle der beteiligten Unternehmen nachdenken müssen), habe ich erst noch ein paar interessante Grundlagen und weiterführende Informationen für Euch, die in dieser Form leider meist nicht öffentlich einsehbar sind. Trotzdem müssen wir darüber schreiben, denn es betrifft eigentlich alle und jeden. Und langweilig ist es ja auch nicht.

12VHPWR-Stecker für Grafikkarten mit 600, 450, 300 und 150 Watt

Ich schrieb ja bereits sehr ausführlich über die PCI SIG und den neuen 12VHPWR-Connector, so dass ich dieses Thema gleich elegant als Einstieg nutzen will und auch darauf eingehen möchte, was später im Einzelnen auf den Endverbraucher noch zukommen könnte und wohl auch wird. Zum neuen 12+4 Stecker, der auf den kommenden Grafikkarten zum Standard werden wird, muss ich aus gegebenem Anlass somit einführend auch noch etwas anmerken.

Die 12 Spannungsversorgungsanschüsse, von denen jeweils sechs Pins für die 12 Volt und Masse vorgesehen wurden, sind ja kein Geheimnis. Die 4 kleineren Anschlüsse am Boden (im Bild oben grau hervorgehoben) haben es allerdings durchaus in sich. Mit der Einführung der 12VHPWR-Spannungsversorgungs-Anschlüsse kommen nämlich vier optionale Seitenbandsignale hinzu, von denen drei bereits definierten Merkmalen zugeordnet sind und die von den herkömmlichen 2×3 (6-pin)- und 2×4 (8-pin)-Stromanschlüssen nicht unterstützt wird. 

Die beiden optionalen Seitenbandsignale SENSE0 und SENSE1 (S3 und S4 in der Tabelle) bieten einen Mechanismus, mit dem die Add-in-Karte die Grenzwerte für die anfänglich zulässige Leistung des Steckers und die maximal zulässige Leistung des Steckers für das Kabel und die Stromversorgung erfassen kann. Allerdings ist aktuell nur SENSE0 wirklich final definiert, während SENSE1 als eine Art Reserve für zukünftige Erweiterungen dienen soll. SENSE0 definiert also die maximale Leistungsgrenze, also die von diesem Kabel unterstützte Höchstleistung. Um die Sicherheit zu gewährleisten, ist der jeweilige Kartenentwickler dafür verantwortlich, dass die dem Kabel entnommene Leistung niemals die von SENSE0 (und später auch SENSE1) angegebenen Grenzwerte überschreitet, selbst wenn eine fehlerhafte Meldung durch das PCIe-Protokoll (Set_Slot_Power_Limit oder Power Limit PM Sub State Mechanismus) erfolgt.

Doch diese „Initial Permitted Power“ gilt nur für den Zeitraum des Hochfahren des Systems und definiert noch nicht die jeweilige Maximal-Leistung, die vom Netzteil abgefordert werden kann. Diese liegt mit 450 bzw. 600 Watt nämlich noch deutlich höher. Was wir allerdings auch sehen ist der Umstand, dass das Fehlen der Festlegung von SENSE1 keine der zwei weiteren geplanten Watt-Stufen von 300 und 150 Watt zulässt. Solange SENSE0 also offen liegt, MUSS das Netzteil mindesten 450 Watt auf diesem Anschluss liefern können, was viele aktuelle Netzteile auch per Adapterlösung quasi ausschließt, würde man die Spezifikationen strikt befolgen.

Da man ganz offensichtlich bestrebt ist, diesen Anschluss mit aller Macht zumindest auf den kommenden High-End und Mittelklasse-Grafikkarten nach PCIe 5.0 Standard zu etablieren, wird es wohl auf eine Art Zwei-Klassen-Gesellschaft bei den Netzteilen hinauslaufen, bei denen alles, was unterhalb der 300-Watt Grenze liegt, auch weiterhin mit den 2×3 bzw. 2×4 Steckern versorgt werden muss. Das aber ist eine Fragmentierung, die man so kaum möchte und vor allem auch für neuere Produkte eine Mindestgröße der Netzteile erfordert, die man so vielleicht gar nicht möchte. Nachhaltigkeit? Vergessen wir das besser, so wird das nichts.

Doch auch die beiden anderen Signale setzen eigentlich komplett neue Netzteil-Designs voraus, da es auch auf eine Kommunikation hinausläuft, die aktuelle Netzteile nicht bieten können. Immerhin hat man sie optional gelassen, auch wenn man diese Erweiterung sogar begrüßen kann. CARD_PWR_STABLE dient als unabhängiger Indikator für den ordnungsgemäßen Zustand der Stromversorgung von der Add-in-Karte zum Kabel und zur Spannungsversorgung. Die Aktivierung dieses Signals auf der Add-in-Karte zeigt an, dass die lokalen Stromschienen innerhalb ihrer Betriebsgrenzen liegen. Dieses Signal kann der Stromversorgung eine Fehlererkennung von der Add-in-Karte liefern und bietet der Stromversorgung eine zusätzliche Schutzmöglichkeit.

Das optionale CARD_CBL_PRES hat sogar zwei Funktionen. Primär liefert man hier zunächst ein Signal von der Add-in-Karte an die Stromversorgung, dass die Add-in-Karte erkannt hat, dass der Stromanschluss korrekt angeschlossen ist. Zusätzlich liefert die Stromversorgung ein Signal an die Add-in-Karte, dass sie erkannt wurde und der Zustand damit an das Power Budgeting Sense Detect Register5 weitergeleitet wird. Dies dient dazu, dem System die Zuordnung zu ermöglichen, welche System-/Stromkabelquelle mit welchem Anschluss an einem bestimmten PCIe-Kartensteckplatz verbunden ist.

Dieses optionale Seitenbandsignal ist übrigens für die Unterstützung des Stromversorgungsmanagements des Systems gedacht und darf nicht von der Add-in-Karte dazu verwendet werden, um die ihr zur Verfügung stehenden Leistungsgrenzen zu bestimmen. Diese werden ausschließlich über die Signale SENSE0 (und später vielleicht auch über SENSE1) geregelt. Und wer glaubt, selbst der alte 6-Pin-Anschluss (2×3) hätte keinen Sense-Pin, der irrt, denn eigentlich sind es drei 12V-Leitungen und zwei Mal Masse. Der Pin5 oben in der Mitte ist eigentlich ein Sense-Pin, den man nach Masse legt, um die erforderliche Leistungsmöglichkeit zu melden. Dass er dann gleichzeitig auch noch als vollwertige Masseleitung genutzt wird, ist natürlich logisch, aber eigentlich ist es nur ein Seitenbandsignal. Aber so etwas kennen wir ja vom Reserve-Pin am PCIe-Slot, der gern als vierte 12V-Leitung genutzt wird, in dieser Funktion aber nicht spezifiziert wurde.