Блок питания — Основы ЭВМ

Когда мы смотрим на компьютер, чаще всего внимание уходит на процессор или видеокарту. Но всё это не заработает без блока питания (Power Supply Unit, PSU). Его задача проста на словах: брать энергию из розетки и превращать её в стабильное питание для всех компонентов. На деле это один из самых важных элементов, потому что от качества БП зависит не только работа системы, но и её надёжность.

Электричество в сети подаётся переменным током, а компьютерные компоненты работают от постоянного. Блок питания выполняет преобразование и распределяет ток по линиям. Основные линии — 12 В, 5 В и 3,3 В. На 12 В работают самые прожорливые части системы: процессор и видеокарта. На 5 В и 3,3 В сидят память, накопители, периферия.

Один из ключевых параметров БП — мощность, измеряемая в ваттах. Она показывает, сколько энергии блок питания может отдать системе. Но важно понимать: если у карты написано 330 Вт, у процессора 150 Вт, это не значит, что суммировать и взять блок на 480 Вт будет достаточно. Всегда нужен запас. Обычно рекомендуют брать БП с запасом 30–40% от потребления. Например, если система ест 500 Вт, блок питания лучше взять на 700 Вт. Запас важен и для долговечности: БП работает тише и меньше греется, когда нагружен не на 100%, а на 60–70%.

Второй важный параметр — сертификат эффективности 80 PLUS. Он показывает, насколько эффективно блок преобразует электричество. Например, если БП имеет сертификат 80 PLUS Bronze, то при нагрузке 50% он отдаёт в систему не меньше 85% энергии, а остальное уходит в тепло. Чем выше уровень (Silver, Gold, Platinum, Titanium), тем эффективнее и экономичнее блок. Для обычного ПК хватает Gold, для серверов и рабочих станций чаще берут Platinum или Titanium.

Разъёмы питания тоже имеют значение. Материнская плата подключается через 24-pin коннектор. Процессоры требуют отдельный 8-pin (или 4+4), видеокарты — от 6-pin до нового 16-pin (12V-2x6). Если видеокарта мощная и требует два кабеля питания, БП должен иметь соответствующие кабели напрямую, без переходников.

Форм-фактор блока питания определяет, в какой корпус он встанет. Самый распространённый — ATX. Для компактных систем используют SFX, для серверов — свои стандарты, рассчитанные на стойки. Важно подбирать БП под корпус: длинный ATX не войдёт в маленький Mini-ITX-корпус.

Система охлаждения БП тоже играет роль. В большинстве моделей стоит вентилятор 120–140 мм, который включается при нагрузке и регулирует скорость. В «0 децибел» режимах вентилятор выключен при малой нагрузке. В серверных блоках часто используют турбины, рассчитанные на круглосуточную работу.

Качество блока питания влияет на стабильность системы. Хорошие БП имеют защиту от скачков напряжения, короткого замыкания, перегрузки. Дешёвые блоки могут не только выйти из строя, но и «увести за собой» материнскую плату или видеокарту. Поэтому при сборке ПК на дорогом железе блок питания никогда не выбирают «по остаточному принципу».

Мощность блока питания выбирают под конфигурацию. Для этого суммируют потребление основных компонентов: процессора, видеокарты, материнской платы, памяти, накопителей, вентиляторов. В характеристиках CPU и GPU почти всегда указывают TDP. Например, RTX 4070 Ti потребляет 285 Вт, а Ryzen 7 — около 120 Вт. Вместе это уже 405 Вт. Добавляем остальное железо (100–150 Вт) и получаем 500–550 Вт. Блок питания стоит взять не впритык, а с запасом — примерно 30–40%. То есть в этом примере оптимальным будет БП на 750 Вт.

Почему нужен запас. Во-первых, блок питания работает тише, когда загружен на 60–70%, а не на пределе. Во-вторых, пиковые нагрузки бывают выше среднего — например, при резком разгоне видеокарты или запуске игры. Если запас есть, система не «упадёт» в момент скачка.

Эффективность и сертификат 80 PLUS. Эффективность показывает, сколько энергии уходит «в дело», а сколько в тепло. Сертификация 80 PLUS делится на уровни: Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium. Bronze означает около 82–85% эффективности, Gold — 87–90%, Titanium — до 94%. Для домашних ПК обычно выбирают Gold, а для рабочих станций и серверов — Platinum или Titanium. Чем выше уровень, тем меньше тепла, шума и лишних расходов.

Линии питания. Главная линия — 12 В. Она питает процессор и видеокарту. Чем мощнее видеокарта, тем выше требования к силе тока на линии. Поэтому в характеристиках важно смотреть не только на общую мощность, но и на то, сколько ватт приходится именно на 12 В.

Разъёмы. Для материнской платы используется 24-pin. Для процессора — 4+4 pin или 8 pin. Для видеокарт — 6 pin, 8 pin или новый 16-pin (12V-2x6). Если у видеокарты заявлено два 8 pin, а у БП только один — это проблема. Лучше, чтобы нужные кабели шли напрямую, а не через переходники.

Форм-факторы. Самый распространённый блок питания — ATX. Он подходит для большинства корпусов. Для компактных сборок используют SFX — маленькие, но мощные блоки. В серверных стойках — свои форматы, рассчитанные на плотную установку и круглосуточную работу.

Охлаждение.В обычных БП ставят вентиляторы 120–140 мм, которые работают тихо. Есть модели с режимом «0 децибел», когда при малой нагрузке вентилятор не включается. В серверах чаще ставят турбинные вентиляторы — они шумные, но обеспечивают поток воздуха в тесных условиях.

Серверные и бытовые БП. Бытовые ориентированы на тишину, энергоэффективность и удобство сборки. Серверные — на надёжность и непрерывную работу. У серверных блоков питания часто бывает функция «горячей замены» (hot-swap) — можно вынуть и поменять блок без выключения сервера. Также они почти всегда поддерживают балансировку и резервирование (N+1), когда один блок питания дублирует другой.

Защита. Хороший БП имеет встроенные защиты: от короткого замыкания (SCP), от перенапряжения (OVP), от перегрузки (OPP), от перегрева (OTP). Это то, что отличает качественный блок от дешёвого «ноунейма».

История блоков питания уходит к самым первым IBM PC. В начале 80-х использовался стандарт AT (Advanced Technology). Эти блоки имели всего два разъёма питания для материнской платы (P8 и P9) и механический выключатель, который напрямую разрывал электрическую цепь. Если перепутать порядок подключения, плата могла сгореть — никакой защиты тогда не было.

В середине 90-х AT устарел, и появился новый стандарт — ATX (Advanced Technology eXtended). Именно он стал основой всех современных ПК. Главные новшества — один широкий разъём питания (20 pin, позже 24 pin), электронное управление питанием (можно выключать ПК через ОС), встроенные защиты. ATX определил размеры корпуса и блока питания, и до сих пор именно «ATX-формат» — самый массовый в настольных компьютерах.

Со временем требования к мощности росли. Процессоры и видеокарты требовали всё больше энергии, и стандарт дорабатывался. Появились дополнительные разъёмы питания для CPU (4-pin, затем 8-pin EPS) и для GPU (6-pin, 8-pin PCIe). Теперь ток распределялся не только через материнку, но и напрямую в компоненты.

С развитием энергоэффективности Intel предложила упрощённый стандарт ATX12VO. В нём оставили только одну линию — 12 В. Все остальные напряжения (5 В, 3,3 В) теперь формируются на самой материнской плате. Это уменьшает потери и упрощает блок питания. Пока этот стандарт мало распространён, но постепенно его внедряют в готовых системах и OEM-сегменте.

Для компактных сборок появился формат SFX (Small Form Factor). Это уменьшенные блоки питания, которые при тех же характеристиках занимают меньше места. Для серверов — свои стандарты: FlexATX, Redundant PSU и проприетарные форматы. Серверные БП обычно длинные и узкие, чтобы помещаться в стойки, и могут работать в режиме резервирования (N+1).

Эволюция блоков питания шла вместе с ростом потребления и усложнением систем. Если раньше хватало 200–250 Вт для всего компьютера, то сегодня только одна видеокарта может потреблять 350–450 Вт. Поэтому современные БП стали мощнее (до 1600–2000 Вт), эффективнее (80 PLUS Gold и выше) и надёжнее (с полным набором защит).

С серверами история блоков питания пошла чуть в сторону от бытовых ПК. Если в настольных компьютерах главным стало удобство, тишина и энергоэффективность, то у серверов на первом месте стоят надёжность и бесперебойная работа.

В серверных стойках обычно применяют модульные и резервируемые блоки питания. Сервер может иметь два, четыре и даже больше БП, работающих в режиме N+1. Это значит: если системе нужно два блока для работы, ставят три. Если один выходит из строя, остальные продолжают обеспечивать питание, и сервер не выключается. Такой подход позволяет менять неисправный блок прямо на ходу (hot-swap) без перезагрузки.

Форм-факторы серверных БП отличаются от ATX. Они вытянутые и узкие, чтобы вставляться в корзины на задней панели стойки. Часто их делают стандартизированными под шасси конкретного производителя (Dell, HP, Supermicro). Универсальности, как у ATX, там почти нет.

По мощности серверные блоки питания обычно гораздо мощнее бытовых. В одной стойке может работать десяток процессоров, несколько десятков накопителей и несколько GPU. Поэтому используются БП на 1200, 1600, 2000 Вт и выше. При этом эффективность чаще всего не ниже 80 PLUS Platinum или Titanium, потому что в дата-центрах важна каждая сэкономленная ватт-час.

Охлаждение у серверных блоков питания тоже особенное. В них ставят компактные турбинные вентиляторы, рассчитанные на высокий оборот и круглосуточную работу. Они шумные, но в серверной комнате шум не мешает.

И ещё одно отличие — интеграция с системами управления. Серверные БП умеют отдавать данные о своём состоянии: нагрузке, температуре, эффективности. Администратор может через IPMI или BMC (систему управления сервером) посмотреть, как работают блоки, и вовремя заметить сбои.

То есть, если в обычном ПК блок питания — это просто «коробка, которая даёт ток», то в сервере это умный и дублированный элемент инфраструктуры, от которого зависит бесперебойная работа десятков или сотен сервисов.