Comparaison de la consommation d'énergie des cartes Mini-ITX : Conception de systèmes compacts économes en énergie

Table des matières

• Introduction
• Comprendre la consommation électrique des systèmes Mini-ITX
• Enveloppes de puissance du CPU et du SoC
• Impact du VRM, de la phase d'alimentation et de la conception de la carte
• Consommation d'énergie de la mémoire vive, du stockage et des périphériques
• Coûts d'alimentation de l'interface E/S
• Modules embarqués et consommation d'énergie en arrière-plan
• Effets de l'efficacité du bloc d'alimentation
• Critères d'évaluation du monde réel
• Mesures d'efficacité énergétique
• Débat sur l'efficacité des Mini-ITX et des Mini-PC
• Recommandations en matière d'ingénierie

1. Introduction

Pour les ingénieurs en systèmes embarqués, les architectes informatiques et les intégrateurs SFF, la consommation d'énergie est un paramètre de conception essentiel. Les cartes Mini-ITX offrent des fonctionnalités denses dans un encombrement réduit, mais leur empreinte énergétique réelle varie considérablement en fonction de la plate-forme, du micrologiciel et de l'intégration des périphériques. Ce guide explique en détail comment sélectionner et configurer des plates-formes ITX économes en énergie qui équilibrent les performances avec les budgets thermiques et énergétiques.

2. Comprendre la consommation électrique des systèmes Mini-ITX

La puissance réelle du système va bien au-delà du TDP du processeur. Les facteurs incluent l'efficacité du VRM, la puissance du chipset et même les contrôleurs d'E/S embarqués.

• Variance d'inactivité : 10-30 W sur les cartes ITX utilisant le même processeur
• Pointes de charge : Les cartes avec Thunderbolt ou 10GbE peuvent dépasser une consommation de 120 W.

"En changeant de carte, mon système est passé de 38 W à 23 W, alors que le CPU et la RAM étaient inchangés." - Contributeur du forum Homelab

3. Enveloppes de puissance du CPU et du SoC

APUs vs CPUs de bureau

Les APU Ryzen G d'AMD (par exemple 5600G) consomment généralement moins d'énergie en veille que les CPU Ryzen complets, tandis que les composants mobiles N100/N150 d'Intel consomment moins de 10 W en veille dans certains modèles.

4. Impact du VRM, de la phase d'alimentation et de la conception de la carte

Les inefficacités au niveau de la carte sont souvent négligées. Un VRM à 10 phases peut sembler exagéré, mais il permet de réduire l'ondulation, d'augmenter l'efficacité et de rester plus froid sous charge.

• VRM 8+2 phases : Réduction de la perte de puissance transitoire
• Cartes à 4 phases bon marché : Peut fonctionner plus chaudement et gaspiller 5 à 8 W de plus au ralenti.

5. Consommation d'énergie de la mémoire vive, du stockage et des périphériques

Le type de mémoire et le choix du disque ont également une incidence sur la consommation d'énergie :

• DDR4 vs DDR5 : DDR4 plus efficace au ralenti
• M.2 NVMe : Plus rapide mais plus sollicité que le SSD SATA
• Disques durs : Consomme 4-5 W même au repos

6. Coûts d'alimentation de l'interface E/S

Les options d'E/S modernes ont un coût élevé :

7. Modules embarqués et consommation d'énergie en arrière-plan

Les composants autres que le CPU sont également importants :

• Modules Wi-Fi : Intel AX210 consomme de 1,5 à 2,2 W à vide
• Circuits LED RVB : Tirage constant de 1-2 W
• Capteurs et contrôleurs : Consommation cumulée des capteurs de température, des circuits intégrés des ventilateurs

8. Effets d'efficacité de l'UAP

Comportement à faible charge

À une charge de 30-50 W, les alimentations ATX typiques sont bien en deçà de leur efficacité maximale. Utiliser SFX de niveau platine ou DC-DC PicoPSU pour les constructions au ralenti.

Tableau des courbes d'efficacité

9. Critères de référence du monde réel

Échantillon de rapports d'utilisateurs et de mesures en laboratoire :

• Mini PC avec N100 : 9,4 W à vide, 24 W en charge (test YouTube)
• Ryzen 5700G ITX NAS : 30 W au repos, 95 W en charge (avec 2× disques durs)
• Z790 + i5-13400 + 10G : 55 W à vide, 170 W en charge

10. Mesures d'efficacité énergétique

Évaluer l'efficacité dans le monde réel à l'aide de :

• Performance par Watt : FPS par watt (jeux), Mbps/Watt (NAS), MIPS/Watt (calcul)
• Thermique par Watt : Mesurer l'augmentation de C° par watt chargé

11. Débat sur l'efficacité des Mini-ITX par rapport aux Mini-PC

Les mini-PC sont flexibles, évolutifs et durables, mais ne sont pas toujours les plus économes en énergie. Les NUC et autres mini-PC similaires dotés d'un processeur soudé et d'un micrologiciel adapté surpassent les plates-formes ITX de bricolage en termes de consommation au ralenti (jusqu'à 3 fois).

"Nos NUC consomment moins de 8 W avec deux moniteurs. La version ITX équivalente consomme entre 24 et 28 W avec la même charge de système d'exploitation. - Équipe de déploiement SFF

12. Recommandations en matière d'ingénierie

Liste de contrôle pour la conception

• Choisissez des SoC dont la consommation au ralenti est inférieure à 10 W
• Préférence pour les disques DDR4 et PCIe Gen 3
• Désactiver les E/S embarquées non utilisées (par exemple, TB4, RGB)
• Utiliser les états C du BIOS et le sous-voltage lorsqu'ils sont stables.

Cibles de réglage du BIOS

• SAGI - Activer pour économiser de l'énergie PCIe
• État C10 - Assurer la prise en charge par la carte ou l'unité centrale
• Décalage de la tension du noyau -0,05V à -0,15V typique pour Ryzen

✅ Résumé

• Dans le monde réel, la consommation d'énergie des Mini-ITX varie de <10 W au ralenti à 120 W+ sous charge
• Optimisation au niveau de la carte, de l'unité centrale, du stockage et de l'unité d'alimentation pour réduire la consommation d'énergie
• Utiliser des outils et des mesures communautaires pour vérifier l'empreinte énergétique

Pour obtenir des ressources de réglage supplémentaires, des modèles d'économie d'énergie du BIOS ou des scripts de test spécifiques à une plate-forme, consultez le site suivant Carte MiniITX.