Стандарт BTX: баланс технологий для современного ПК

Богатый на обновление стандартов 2004 год под конец принес нам еще одно изменение для настольных ПК. В ноябре был официально представлен стандарт BTX и фактически сразу же стартовали продажи систем на базе новых спецификаций. Первые ПК на базе BTX имеют пока что лишь незначительные внешние отличия от привычного семейства ATX, и только как следует "покопавшись" в спецификациях нового стандарта начинаешь понимать, что так или иначе мы вступили в новую еще до конца неосознанную эру "компьютеростроения". А началось все совсем недавно...

...Процесс созидания нового форм-фактора настольных систем развивался весьма стремительно. В ноябре 2003 года были вкратце сформулированы требования к стандарту (версия 0.1), уже в январе 2004 года была представлена первая черновая версия 0.5, в апреле - вторая черновая версия, 0.9, а 26 июля состоялась официальная презентация финального варианта The Balanced Technology Extended (BTX) 1.0 Public Release.

Как видите, на формирование спецификаций ушло менее года, что просто несравнимо с несколькими годами, обычно затрачиваемыми на подготовку других стандартов. Злые языки с удовольствием подхватили соображения по поводу спешки и того, что Intel якобы готовит почву перед выпуском "сверхгорячих" процессоров и вроде как специально для этих целей разрабатывает систему с более мощным охлаждающим потенциалом. Кстати, именно этот аргумент был подхвачен в стане AMD в качестве аргумента против немедленной поддержки BTX - мол, процессорам AMD64 такое охлаждение пока без нужды.

Ради справедливости стоит напомнить, что Intel начала разработку новых форм-факторов задолго до наступления 2003 года и появления процессоров с TDP более 100 Вт. Собственно говоря, разговоры о разработке новых форм-факторов не прекращались с 1995 года, когда впервые появилась платформа ATX. Например, еще в рамках IDF Spring 2002 компания Intel демонстрировала прототип новой системы под рабочим названием Tidewater. Правда, эта платформа базировалась еще на материнских платах форм-фактора Micro ATX. Зато впервые объявленная там же перспективная разработка Big Water с самого начала позиционировалась как платформа будущего, со своим собственным набором специфических элементов - системных плат, модулей охлаждения и других компонентов. Практически, именно в начале 2002 года с появлением концепции Big Water были заложены основы, вылившиеся позже в форм-фактор BTX.

Время понемногу расставляет все по своим местам. К появлению новых форм-факторов подтолкнуло появление совершенно непривычных тяжелых термальных режимов работы настольных компьютерных систем, а также появление компонентов последнего поколения вроде современных разъемов под процессоры и шины PCI Express. С другой стороны покупатель пошел более капризный: и корпус с дизайном собачьей будки его уже не устраивает, и шум выводит из себя, и габариты подходят далеко не любые...

BTX: соображения целесообразности

В официальных документах назначение BTX сформулировано следующим образом: спецификации Balanced Technology Extended разработаны с целью стандартизации интерфейсов и определения форм-факторов для настольных вычислительных систем в области их электрических, механических и термических свойств. Спецификации описывают механические и электрические интерфейсы для разработки системных плат, шасси, блоков питания и других системных компонентов.

Самые главные преимущества нового форм-фактора BTX перед привычным ATX выглядят так:

• Возможность применения низкопрофильных компонентов для конструирования миниатюрных систем
• Продуманное вплоть до мелочей размещение элементов системы внутри корпуса с учетом путей прохождения потоков воздуха и взаимосвязанного термобаланса
• Масштабируемость форм-фактора: BTX, microBTX, picoBTX
• Возможность использования небольших блоков питания
• Оптимизированная структура крепления плат, более качественные механические характеристики для работы с более массивными системными платами и компонентами

Стандарт BTX, надо отметить, подходит достаточно мягко к определению габаритов системных плат и корпусов под них. ПК нового поколения на базе нового стандарта может выглядеть как угодно, это может быть и типичный Tower, и офисный "кубик", и роскошный Entertainment PC с респектабельным горизонтальным дизайном, и целое множество придуманных и еще не придуманных компактных вариантов.

В описании спецификаций изложено несколько примеров компоновки BTX, и, самое главное, подробнейшим образом - с приведением схем распределения воздушных потоков и графиков термобаланса изложено, почему такая компоновка является предпочтительной.

Впрочем, каждый производитель вправе взять спецификации лишь за основу в обязательной их части и создавать совершенно уникальные компоненты. К примеру, могли ли вы ранее представить себе вот такое расположение графической карты с помощью специальной переходника - PCI-Express подвески? Теперь это стало не просто реальностью, теперь это - стандартизированный дизайн.

BTX: подробности

Спецификации BTX описывают три основных условных форм-фактора системных плат и корпусов, однако, на деле подразумевается поддержка гораздо большего количества различных габаритов. Все платы имеют одинаковую глубину - 266,7 мм, а вот ширина в каждом случае значительно меняется. 

Стандартный BTX характеризуется шириной платы по аналогии с ATX – 325,12 мм. Подразумевается поддержка до 7 слотов расширения.

Формат microBTX  подразумевает ширину платы 264,16 мм. Подразумевается поддержка до 4 слотов расширения.

Низкопрофильный формат picoBTX нормируется шириной всего 203,20 мм. Подразумевается поддержка лишь одного слота расширения.

В целом стоит отметить, что, несмотря на наличие как минимум трех проработанных форм-факторов стандарта - BTX, microBTX и picoBTX, разработчики Intel предложили две базовых референсных модели BTX-систем, отличающихся друг от друга объемом корпуса и некоторыми элементами обвязки. То есть, на практике мы имеем дело с двумя вариантами платформы - S1 (12.9L) BTX Reference Design (BTX) и S2 (6.9L) BTX Reference Design (picoBTX), емкость корпусов которых нормируется в проектном объеме 12,9 и 6,9 литров соответственно. Каждая из платформ имеет тщательно просчитанный термодизайн и подробные рекомендации по компоновке элементов.

В рамках этого материала, призванного ознакомить читателя с новым форм-фактором в общих чертах мы не будем углубляться в мельчайшие подробности, благо, для этого в конце приведен список соответствующей литературы. Однако каждый может открыть приведенный ниже сравнительный чертеж и оценить принцип масштабирования форм-факторов семейства BTX.

По сути, просматривается аналогия с семейством предшествовавших форм-факторов - ATX, microATX и FlexATX, там масштабирование в какой-то степени построено по схожему принципу. Однако обязательно стоит упомянуть, что при разработке BTX учитывалось внедрение шин и интерфейсов нового поколения — PCI Express, Serial ATA и пр. Вот почему основным слотом, присутствующим даже в форм-факторе picoBTX, остается PCI Express, главным образом под графику. Впрочем, не стоит забывать, что форм-фактор picoBTX сразу позиционировался под применение некоторых "мобильных" интерфейсов вроде "ноутбучной" версии PCI Express - ExpressCard.

Более наглядно сравнение форм-факторов BTX приведено на двух иллюстрациях ниже. Как видите, прослеживается четкая последовательность роста поддерживаемой периферии при неизменной площади "центрального вычислителя".

Разумеется, форматы семейства BTX не пришли из ниоткуда на пустое место. Разработчикам пришлось учитывать рыночное господство форм-факторов ATX и предусмотреть обратную совместимость с уже существующими корпусами. Вот почему, по аналогии с платами microATX, которые устанавливаются не только в microATX-корпуса, но и в полноразмерные ATX, платы форм-факторов BTX будут запросто монтироваться в любой из нынешних ATX-корпусов - пока на рынке не появятся в достаточном количестве разработанные специально под них конструктивы. Именно поэтому разъемы питания систем BTX и требования к стабильности напряжения остались в целом неизмененными.

Тем не менее, система крепления плат форм-факторов семейства BTX к шасси значительно изменилась и теперь, в том числе, для стандартизации крепежных отверстий, производиться с помощью специализированных модулей поддержки и крепления - Support and Retention Module (SRM).

Совершенно не стоит полагать, что ради единого стиля крепежа было задумано утяжеление всей конструкции дополнительной пластиной SRM. На деле такой механизм одновременно с приданием дополнительной жесткости всей конструкции подразумевает поддержку оптимального режима охлаждения компонентов системы, особенно процессора.

Организация охлаждения компонентов системы BTX - пожалуй, наиболее подробная и протяженная глава в спецификациях стандарта. С помощью многочисленных формул, графиков, таблиц и блок-схем детальнейшим образом изложены рекомендации по обеспечению оптимального терморежима каждого элемента системы - процессора, северного и южного мостов набора логики, модулей памяти, графических и других карт расширения.

Отдельно рассмотрены потоки движения воздуха для разнообразных сочетаний компонентов, подробно объяснено, к примеру, почему плоскости разъема процессора и корпуса северного моста выгоднее размещать под углом 45º относительно боковых стенок, а не как-то иначе. А венчает всю эту конструкцию единая система охлаждения - так называемый "модуль термобаланса" — Thermal Module, вентилятор которого является "инициатором" создания воздушных потоков внутри BTX-системы. Это совсем не означает, что Thermal Module занимается непосредственным охлаждением процессора и его разъема, стабилизаторов напряжения, модулей памяти, карт расширения и других элементов системы, однако, "системный обдув" потоками воздуха возложен именно на этот модуль и именно благодаря ему организован выноса тепла из корпуса и поддержание стабильной температуры компонентов и подсистем.

Спецификации описывают два типа систем Thermal Module — полноразмерный вариант Thermal Module Type I и низкопрофильный Thermal Module Type II, как и два типа соответствующих радиаторов для процессоров. Четкого разделения разновидностей термального модуля по применению с тем или иным форм-фактором нет. Здесь стоит полагаться на здравый смысл: например, если конструируется система с производительным процессором и предполагаемым тяжелым режимом его работы, рациональнее использовать полноразмерный дизайн. По умолчанию он рекомендован для большинства BTX-систем и части производительных microBTX систем. Низкопрофильный дизайн просчитан для компактных и тонких систем, однако, его также можно применять в любых системах. Словом, все оставлено на усмотрение (и совесть) системного интегратора.

Для лучшего понимания структурной организации модулей термобаланса ниже приведены блок-схемы типичных вариантов "в разрезе".

Таким образом, в отличие от новоявленной моды на обвешивание современных ATX-корпусов множеством дополнительных "системных" вентиляторов, типичная BTX-система комплектуется вентиляторами модуля термобаланса и блока питания, разве что в серьезных Tower-конструкциях придется позаботиться о дополнительном обдуве.

В общем случае под термином Thermal Module подразумевается система охлаждения процессора и направляющие профили для оптимизации потоков воздуха внутри корпуса. Интересно отметить, что при разработке дизайна BTX с учетом внутреннего давления в корпусе были просчитаны самые мельчайшие детали компоновки, например, профиль фигурных вырезов и решеток в шасси системы, через которые поток теплого воздуха выходит наружу намного "притормаживая".

Обратите внимание на приведенный ниже "термоснимок" системы BTX, наглядно иллюстрирующий выгоду от продуманного распределения потоков воздуха внутри корпуса. Практически это означает, что индивидуальные попытки оптимизировать воздушные потоки внутри ATX-корпуса, которые почти каждый из нас предпринимал самостоятельно  - путем оптимальной укладки кабелей, подбора "хитрого" процессорного вентилятора и компоновки PCI-карт, в стандарте BTX учтены и продуманы заранее, на профессиональном уровне.

Отдельного упоминания также заслуживает радиатор процессора. Стоит подчеркнуть, что для разных дизайнов разработан свой специфический тип системы охлаждения процессора. Например, в случае "классической" BTX-системы радиатор выглядит так:

В то время как для низкопрофильной системы рекомендованный тип модуля охлаждения процессора имеет более привычный вид - обычный наборный радиатор из медных ребер:

Впрочем, не стоит забывать, что стандарт излагает лишь рекомендации, и нет сомнения, что в самое ближайшее время производители кулеров с удовольствием переключат свое внимание на конструирование своих охлаждающих причуд под BTX. Главное - чтобы они удовлетворяли параметрам, изложенным в стандарте.

С самого начала разработчики нового стандарта позаботились о том, чтобы любая система в форм-факторе BTX, прежде чем ее запустят в розницу, имела возможность пройти полный спектр тестовых измерений на соответствие требованиям спецификаций. Весьма любопытный документ под названием Balanced Technology Extended (BTX) System Design Guide Version 1.0 подробнейшим образом описывает не только мельчайшие требования к BTX-системам, но также детально определяет граничные параметры соответствия стандарту и подробные характеристики тестового оборудования - "акустической комнаты", термо- и вибро- стендов, аппаратуры для замера электрических отклонений.

Очень, на мой взгляд, полезный на перспективу документ - чем точнее методика, тем выше повторяемость измерений и границы требований к системным интеграторам. Методика также позволит сторонним независимым тестовым лабораториям (вроде нашей) с легкостью проверить заявленные производителем режимы и вынести свой вердикт адекватности заявленных характеристик полученным при тестировании. А также  соответствие этих параметров стандарту.

Перспективы распространения BTX

Было бы наивностью рассчитывать, что, впервые появившись в рознице незадолго до нового 2005 года, новый форм-фактор вытеснил бы своих предшественников семейства ATX в краткие сроки. Тем более что с учетом обратной совместимости ATX-корпусов с ВТХ-платами новый стандарт изначально был рассчитан на постепенное внедрение. Тем не менее, по оценке специалистов из Intel, ВТХ займет главенствующее положение на рынке примерно к 2006 году.

Прогноз, на мой взгляд, вполне реалистичный: уже самые первые розничные образцы систем в очень любопытном и востребованном нынче форм-факторе "кубик" пришлись по вкусу многим потребителям. А традиционные производители SFF (Small Form Factor) barebone-"кубиков", первоначально с тревогой воспринявшие наступление BTX как угрозу собственному бизнесу, сейчас с удовольствием переключаются на новый форм-фактор. Что там говорить, для сравнения приведу теоретический расчетный дизайн такого Cube PC и требования к его температурному режиму:

Именно таким виделся теоретический дизайн Cube PC разработчикам полгода назад. На деле это вылилось в появление схожего конструктива от многих производителей. В качестве примера приведу систему XPC SB86i BTX производства компании Shuttle.

Вот ее краткие характеристики:

• Системная плата: Shuttle FB86, Micro BTX, 266,7 x 264,2 мм
• Чипсет: Intel 915G + ICH6R
• Процессор: LGA775 Pentium 4/ Celeron D
• Питание: БП CFX12V, 275 Вт
• Один 5,25-дюймовый отсек, два внутренних 3,5-дюймовых отсека
• Слоты: PCI Express 16X, PCI
• 8-канальное аудио (Realtek ALC880)
• Gigabit LAN (Broadcom 5751 GbE) на шине PCI-E
• Фронтальные разъемы: 4 х USB 2.0, HD Audio, IEEE-1394
• Thermal Module Type 1
• Габариты: 375 x 24 x 195 мм
• Вес: 4,2 кг

Таким образом, уже сейчас можно говорить о начале внедрения форм-фактора BTX на массовый рынок. Так, в прошлом месяце, в момент официального анонса начала поставок решений BTX, непосредственно Intel объявила о массовых поставках соответствующих компонентов - процессоров Pentium 4 530J, 550J  и 560J, системных плат класса D915GMH или D915GMHLPP, систем охлаждения, блоков питания, корпусов и сопутствующей обвязки. Помимо нее стандарт ВТХ поддержали многие производители настольных систем и компонентов для них, достаточно назвать, например, AOpen, ASUS, AVC, Chenbro, Evercase, FIC, FSP, Foxconn, HIPRO, Gigabyte, MiTAC, MSI, Shuttle, TaiSol, Thermaltake и Yeong Yang.

Итак, все компоненты потенциально удачной маркетинговой ситуации налицо: спецификации есть, стандарт привлекательный, покупатель к покупке разнообразных симпатичных и производительных систем готов уже давно. Дело за вами, товарищ системный интегратор!

Литература по теме:

• Balanced Technology Extended (BTX) Interface Specification v1.0a Revision 1.0a (PDF, 418 Кбайт)
• Balanced Technology Extended (BTX) Interface Specification Errata A Revision 1.0 (PDF, 259 Кбайт)
• Balanced Technology Extended (BTX) System Design Guide v1.0 Revision 1.0 (PDF, 4 Мбайт)