ישנו צד נוסף למלחמת המעבדים המואצת שבין אינטל ל-AMD – יצרניות לוחות האם אשר זקוקות לעמוד בלוחות זמנים כמעט בלתי אפשריים
בואו ונחזיר את שעון אחורה מעט ברשותכם, לשנת 2015. מעבדי RYZEN של AMD טרם הושקו והציפיה רבה. בשוק שולטת אינטל ביד רמה, והיא מחזיקה בשתי תושבות מעבדים רלוונטיות בו-זמנית. התושבות בנויות בנוסחה דומה למה שאנחנו מכירים מזה כבר זמן רב.
האחת – תושבת סטנדרטית למעבדים בעלי 2 או 4 ליבות עיבוד במהירויות שונות. השניה – תושבת אקסטרים שמיועדת למעבדי 6 ו-8 ליבות בעיקר. כך, חיו להן שתי התושבות בהרמוניה יחסית זו לצד זו. מהנדסי לוחות האם ידעו בדיוק כיצד לעצב ולתכנן את הלוחות בהתאם למעבדים הצפויים לצאת. מקובל היה שמעבד ארבע הליבות המהיר ביותר בדרך כלל יגיע לצריכת חשמל טיפוסית של 100-120W תחת ההמהרה שמבצעים לו רוב המשתמשים. אלו שמשתמשים בקירורים מתקדמים יותר יגיעו לקו 175W תחת מאמץ.
תושבת האקסטרים של אינטל, ה-LGA2011-3 שהייתה רלוונטית אז, ,תמכה מעבדים שיכולים להגיע לצריכת חשמל טיפוסית של 200-250W תחת המהרה סטנדרטית. השאפתנים שבמשתמשים הצליחו להביא את מעבדי 8 הליבות גם ל-300W ויותר.
עד כאן הכל טוב ויפה, וברור לכולם שבשביל לבצע המהרה למעבדים המתקדמים כדאי לרכוש לוח אם מתקדם יותר. התמודדות עם 300 וואט היא לא משימה קשה במיוחד ליצרניות לוחות האם, בטח לא בתושבת אקסטרים עליה הם יכולים לבקש מאות דולרים יותר. 300 וואט אגב היא המגבלה המיועדת למחבר כח למעבד בלוח האם בתצורת 8PIN, לתוהים.
כך בשקט חלפו להם החודשים. עם קצת רוח בגב השיקה אינטל מעבד 10 ליבות לתושבת הקיימת שהצליח להרים גבות עם תג מחיר גבוה במיוחד של 1500 דולר, וצריכת חשמל במאמץ מלא שדומה לקודמו, הודות ליצור בהליך של 14 ננומטרים לעומת הליך היצור הקודם של התושבת שהיה 22 ננומטרים. עם השקת מעבדי RYZEN נראה שדברים החלו להשתנות.
ההבטחות של AMD אחרי מה שנראה כמו נצח מתקיימות ובאביב 2017 מושק מעבד 8 הליבות הראשון לשוק השולחני הסטנדרטי בתג מחיר תחרותי מאוד של 300 דולר. אפשר להגיד להתראות לתג מחיר של 600 דולר לשמונה ליבות ולהצטייד במכונת ליבות רצינית.
אינטל, שבאותו הזמן שקדה על תושבת אקסטרים חדשה החלה לשרוף דלק בקצב גבוה במיוחד כדי לענות על ההשקה הזאת. כבר בתערוכת קומפיוטקס של אותה השנה, שלושה חודשים אחרי השקת RYZEN וחודשיים לפני הזמן המתוכנן – יצאה לאוויר העולם תושבת LGA2066.
יצרניות לוחות האם הספיקו לעמוד בלוח הזמנים הבלתי אפשרי. הם יצרו תושבת אקסטרים כמו שהם מכירים. יש שם יציאות PCI-Express ו-USB בשפע, ותושבת חדשה לפי בקשת אינטל עם מערכת אספקת חשמל כמו שהם מכירים מהדורות הקודמים, כזאת שתוכל בלי בעיה להתמודד עם 300 וואט. קלי קלות, לא?
כיצד עובדת מערכת אספקת הכח למעבד בלוח האם?
לפני שנבין למה בכלל יש פה בעיה, בואו ונכיר בקצרה את המערכת שאחראית לספק לנו חשמל למעבד שבתושבת.
החשמל עובר כמה שלבים עד שהוא מגיע למעבד כיום בלוחות האם. תחילה, מתקבל חשמל במתח של 12V לשקע השחור. משם, בקר המתח מחליט כיצד לחלק את החשמל הנכנס לשלבים השונים. כל שלב מקבל דרך מייצבי מתח קטנים את המתח וממיר אותו למתח לו זקוק המעבד. בתהליך זה המייצב (או במקרה שלנו בתמונה מספר מייצבים לכל שלב) מייצר חום. משם, ממשיך החשמל לסליל המוצק (בתוך הקוביה ישנו סליל שבעצם יצוק סביבו חומר דומה לבטון).
החשמל הרצוי מגיע למעבד, אך לא לפני שעובר בקבלים (עגולים). הם דואגים שאספקת החשמל תהיה קבועה ויציבה ומחפים על חוסרי אספקה לרוב.
החלק החשוב והמשתנה ביותר בין דגמים במערכת אספקת החשמל הוא מייצבי המתח. ככל שהם יהיו איכותיים יותר ויעילים יותר כך פעולת אספקת החשמל למעבד משתפרת. ישנם מספר יצרנים של מייצבי מתח בשוק ומספר דרגות של יכולת אספקה ויעילות, ממש כמו בספקי כח סטנדרטיים למחשב. המייצבים לוקחים את המתח כניסה של 12 וולט ומפחיתים אותו למתח פעולת המעבד, שלרוב נע באיזור 1.1 וולט במאמץ. ברוב לוחות האם הסטנדרטיים נעשה שימוש של בין 3 ל-6 שלבי יצוב, תלוי בדרגת לוח האם. מבחינת יצוב, רוב מייצבי המתח הזולים מדורגים לאספקה מירבית של בין 30 ל-40 אמפר, כאשר המייצבים האיכותיים יותר מדורגים ל-50 או 60 אמפר. אלו הם המייצבים שתראו בכל לוחות האם המתקדמים בתושבות האקסטרים.
למייצבי המתח יש הגבלות ויכולות שחשוב לשמור עליהן. אם מייצב מוגדר לעבודה של עד 60 אמפר, כדאי שלא יעבור את קו 50 האמפר כדי שלא יאבד יעילות ולא יפיק חום רב. מייצבים אלו עמידים עד לחום של 125 מעלות צלזיוס ולרוב לוחות האם מכילים אפשרות לכבות את המחשב לחלוטין במידה והוא מזהה שהם עוברים רף טמפרטורה מסויים. חשוב מאוד לשמור על החלקים הללו מקוררים היטב, ולכן ברוב לוחות האם המתקדמים תראו גם גופי קירור שונים המכסים אותם.
כמות מייצבי המתח המירבית תחת בקר מתח בודד הינה 8, זו הגבלה חומרתית שקיימת. מעבר לכך נדרשות יצרניות "לרמות" באמצעות פיצול מלאכותי של החשמל לשלבים נוספים ללא בקרה מתקדמת.
עד כאן נשמע טוב, מה הבעיה?
ובכן, כאן אנחנו מגיעים לנקודה של כל המאמר הזה. מסתבר שיצרניות לוחות האם לא ידעו שיש לאינטל תוכנית להשיק מעבדים מעבר לקו 10 הליבות הפעם. למעשה להמציא קו מוצרים חדש לחלוטין העונה לשם Core i9. למעשה, ישנן לא מעט עדויות על כך ש-Core i9 הוא מהלך של הרגע האחרון ממש. מעבד ה-Core i9 7900X שלנו מזוהה כ-Core i7 7900X. רק דבר זה מספר לנו עד כמה פזיזה ההחלטה לבצע מהלך נגדי על AMD.
דבר הוביל לדבר, ובסופו של דבר הושקו הלוחות כאשר נאלצות היצרניות השונות לספק תמיכה בתושבת גם למעבדים עם 12 עד 18 ליבות. כמובן שצריכת החשמל של המעבדים הללו מוגברת וכמובן שיצרניות הלוחות גם חייבות לספק תמיכה באוברקלוקינג.
כך נולד מה שידוע כאסון ה-VRM של תושבת LGA2066. אמנם נשמע אפוקליפטי, אבל חשוב להכיר. בלוחות אם רבים גופי הקירור של מייצבי המתח למעבד נמצאו לא ראויים כלל להתמודדות עם אספקת החשמל הגבוהה מאוד של המעבדים החדשים. זאת, לפחות ללא קירור אוויר פעיל על גופי הקירור הללו. צריכת החשמל המתוכננת של 300 וואט פתאום הפכה ל-400 ו-500 בדגמים מסויימים תחת המהרה. לוחות אם לא יכלו להתמודד עם הלחץ ונאלצו להפעיל מנגנון שיפחית משמעותית את מהירות המעבדים רק בשביל להתמודד עם החשמל והחום.
חיבורי אספקת הכח למעבדים בלוחות האם גם הם סבלו מתופעה של חריגה אלימה מהתקן. ישנם לוחות אם מבוססי תושבת LGA2066 שמכילים חיבור בודד של 8PIN (משמע עד 300 וואט) ותומכים במעבדים שיכולים למשוך הרבה יותר בשעת מאמץ מירבי. תופעת לוואי במקרה קיצוני היא אפילו המסה של המחבר בתוצאה מהחום. זאת, בליווי התחממות יתר של כבלים עצמם.
יצרניות לוחות האם הבינו שיש כאן בעיה רצינית, והן לא עודכנו במצב מבעוד מועד. רבות מהן נאלצו לגשת במהרה לשולחן השרטוט ולבוא עם לוחות אם בשרניים הרבה יותר רק כדי להתמודד עם צריכת החשמל המוגברת של המעבדים. לוחות אם כמו ה-DARK X299 של EVGA וה-WS X299 PRO של אסוס הגיעו במהרה לכבות את השריפה.
דבר כזה בפירוש לא היה צריך לקרות. אינטל מיהרה, יצרניות לוחות האם בפאניקה, והצרכנים נופלים בין הכיסאות.
הנה אנחנו כאן, אחרי קומפיוטקס 2018 ואותו הסיפור צפוי לחזור, הפעם אצל AMD. שנת 2018 תיזכר אצלי בתור שנת מלחמת הליבות. שכחו ממספרים כמו 8 או 10 ליבות, השנה אנחנו מקבלים לשוק הצרכני מעבדי 32 ליבות של AMD.
הבעיה – לוחות האם בתושבת TR4 הקיימים צפויים לקבל עדכון ביוס ולתמוך מעבדים החדשים הללו של AMD. עם מעבד 32 הליבות צפויים גם להגיע מעבדי 24 ו-16 ליבות חדשים מדור Threadripper 2.
גם כאן, ישנה הגברה אדירה של צריכת החשמל בפועל ושימוש בלוחות אם שלא תוכננו להתמודד עם צריכת חשמל כה גבוהה. רבים ציפו מ-AMD להשיק במקרה הרע מעבדי 16 ליבות חדשים במחירים תחרותיים, ואולי לטפס ל-20 ליבות בשביל זכויות ההתרברבות על הכמות השולחנית הגדולה ביותר (18 ליבות הם השיא של אינטל).
אם ניקח את RYZEN 7 2700 בעל 8 ליבות כיחידת מידה, צריך להבין שבמאמץ מירבי הוא יכול למשוך גם 125 וואט ממערכת אספקת החשמל. בשבב 32 הליבות יוטמעו בדיוק ארבעה כאלה במלואם. צריכת חשמל במאמץ מירבי של 500 וואט היא לא משימה קלה כלל להתמודד איתה. נכון, השבב (32 הליבות) מתואר כבעל מעטפת חום של 250 וואט אך חשוב להבין שמעטפת חום וצריכת חשמל מירבי הם שני דברים שונים. מעטפת החום מתארת בעיקר את גוף הקירור לו זקוקים על מנת לשמור על המעבד במהירות המינימלית שהובטחה על ידי היצרן. משמע, בהתעלם מתדרי הטורבו.
זוכרים את לוח האם המטורף הזה של MSI שהוצג בקומפיוטקס? לכאורה נראה כמו פיסת חומרה מהונדסת יתר על המידה. בפועל, מדובר בכלי ראוי בלבד לשימוש והמהרה של אותו מעבד 32 הליבות המדובר. MSI נאלצת להשתמש כאן בחומרה מאוד יקרה של 16 שלבי יצוב מתח שלכל אחד במקרה הטוב ביותר תהיה היכולת לספק מקסימום של 60 אמפר. ממש כמו בספקי כח גם לרכיבים הללו שיא היעילות עובר סביב 50 אחוז ניצול, משמע 30 אמפר. 16 שלבים ב-30 אמפר יספקו זרם של 480 אמפר. צריכת החשמל של המעבד הזה במאמץ מירבי צפיה להגיע ל-400 אמפר עוד לפני שחושבים על המהרה (!).
בפירוש – ללוחות אם זולים יותר בתושבת TR4 לא תהיה יכולת התמודדות חשמלית ראויה עם מעבדי 32 ליבות. הפעלה בתדר ברירת מחדל? מאמץ גדול אך אפשרי. המהרה? הצחקתם אותם. כבר היום מעבדי 16 ליבות עושים טרור למערכות יצוב המתח היקרות ביותר לתושבת TR4. נדרשת זרימת אוויר ישירה על מערכות הקירור של מייצבי המתח למעבד רק בשביל לשמור על תדר פעולה יציב.
אספקת חשמל למעבד 32 ליבות מומהר משמעו עשרות וואטים רק כפליטת חום מאותה המערכת יצוב, עוד לפני שהגענו למעבד. תחשבו על חום של מעבד כמו Core i5 8400, זו כמות החום שתיפלט מלוח האם עוד בטרם חשמל יגיע למעבד רק ממיצבי המתח. אספקת חשמל שכזאת גם דורשת ספק כח חזק במיוחד ויהיו כאלה שגם כאשר הם מספקים את כמות הוואטים הכוללת המתאימה – יכבו במאמץ כתוצאה ממשיכת חשמל יתר מכבלי המעבד בלבד. זה קורה היום בספקי כח מסויימים על מערכות LGA2066 בהמהרה, לאלה שלא מודעים. מנגנון ה-Over-current Protection אחראי על כך וספקי הכח פשוט לא עוצבו במחשבה על אספקת 500 וואט למעבד בלבד.
יצרני לוחות האם מתמודדים כאן עם טירוף והתלהטות נטולי רסן בין שתי ענקיות המעבדים, עם החלטות של הרגע האחרון שעושות כאב ראש גדול למהנדסים. להשקות מעבדים פזיזות יש עונש. עונש הוא שערכת שבבים לא עוברת שיפור, ונעשה בה שימוש חוזר בתושבת חדשה או באותה התושבת תחת שם חדש, פשוט כי אין זמן לתכנן שיפורים. עונש הוא שאי אפשר לתכנן מערכת חשמלית שעומדת בתקנים ומתאימה למעבדי העתיד הבלתי צפויים שפתאום צורכים פי שתיים יותר זרם.
חשוב מאוד להכיר את הצד שמפתח מיגרנה ממלחמות המעבדים הרציניות, ואיך אנחנו כצרכנים צריכים להתמודד עם החומרה החדשה והבלתי מתוכננת בקפידה שמוצעת לנו. כשקונים מעבד מתקדם בצריכת חשמל גבוהה במיוחד חשוב לדעת ולהכיר את יכולות לוח האם שבוחרים. חשוב להבין שצריכת החשמל של מעבדי האקסטרים עד לא מזמן מתגמדת לעומת זאת של המעבדים החדשים כי אחרי שהכפלנו אותה, אנחנו מכפילים אותה בשנית רק שנה לאחר מכן.
היו מודעים ללוחות האם שצריכים להתמודד עם הדרישות שלכם במערכות האקסטרים. הבינו שבמידה ואתם משתמשי קצה שרוצים לבצע אוברקלוקינג אתם חייבים שמערכות האספקה ויצוב החשמל ראויות, גם ביכולת וגם בקירור.
אנו מקווים שהשקות לוחות האם בעתיד הקרוב ילוו בהסקת מסקנות והשקעה במערכות אספקת החשמל, גם בצד היכולת לספק וגם בצד היכולת לקרר. בשלב זה היה ליצרניות לוחות האם מספיק זמן להתכונן. גל חדש של לוחות אם יגיע בקרוב ואנחנו משתדלים לתת כיסוי כמה שיותר נרחב בנושא עם קריאות טמפרטורה בעת מאמץ.
