BTX místo ATX

Delší dobu se hovoří o tom, že formát ATX bude nahrazen novým řešením.
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 × 191 mm) pro vysoké a kompaktní

základní desky. Následují Mini ITX (170 × 170 mm) a koncem roku 2004 Nano ITX

(120 × 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.