Confronto tra i consumi delle schede Mini-ITX: Progettazione di sistemi compatti ad alta efficienza energetica

Indice dei contenuti

• Introduzione
• Capire l'assorbimento di energia nei sistemi Mini-ITX
• Inviluppi di potenza di CPU e SoC
• Impatto del VRM, della fase di alimentazione e della progettazione della scheda
• Consumo energetico di RAM, memoria e periferiche
• Costi di alimentazione dell'interfaccia I/O
• Moduli a bordo e consumo di energia di fondo
• Effetti dell'efficienza dell'alimentatore
• Parametri di riferimento del mondo reale
• Metriche di efficienza energetica
• Dibattito sull'efficienza tra Mini-ITX e Mini-PC
• Raccomandazioni di ingegneria

1. Introduzione

Per gli ingegneri di sistemi embedded, gli architetti IT e gli integratori SFF, il consumo energetico è un parametro di progettazione fondamentale. Le schede Mini-ITX offrono una grande quantità di funzionalità in spazi ridotti, ma il loro consumo energetico reale varia in modo significativo a seconda della piattaforma, del firmware e dell'integrazione delle periferiche. Questa guida presenta una descrizione dettagliata di come selezionare e configurare piattaforme ITX attente al consumo energetico, in grado di bilanciare le prestazioni con i budget termici ed energetici.

2. Capire l'assorbimento di energia nei sistemi Mini-ITX

La vera potenza del sistema va ben oltre il TDP della CPU. I fattori includono l'efficienza dei VRM, la potenza dei chipset e persino i controller di I/O a bordo.

• Varianza inattiva: 10-30 W tra le schede ITX che utilizzano la stessa CPU
• Picchi di carico: Le schede con Thunderbolt o 10GbE possono superare i 120 W di assorbimento.

"Scambiando le schede il mio sistema è passato da 38 W a 23 W, anche se la CPU e la RAM sono rimaste invariate". - Collaboratore del forum Homelab

3. Inviluppi di potenza della CPU e del SoC

APU e CPU desktop

Le APU Ryzen G di AMD (ad es. 5600G) consumano in genere meno energia in idle rispetto alle CPU Ryzen complete, mentre le parti mobili N100/N150 di Intel hanno un consumo inferiore a 10 W in alcune build.

4. Impatto del VRM, della fase di alimentazione e della progettazione della scheda

Le inefficienze a livello di scheda sono comunemente trascurate. Un VRM a 10 fasi può sembrare eccessivo, ma può ridurre il ripple, aumentare l'efficienza e rimanere più freddo sotto carico.

• VRM a 8+2 fasi: Minore perdita di potenza transitoria
• Schede economiche a 4 fasi: Potrebbe scaldarsi di più e sprecare 5-8 W di potenza in più al minimo.

5. Consumo energetico di RAM, memoria e periferiche

Anche il tipo di memoria e la scelta dell'unità influiscono sul consumo energetico:

• DDR4 vs DDR5: DDR4 più efficiente al minimo
• M.2 NVMe: Più veloce ma con un carico maggiore rispetto all'unità SSD SATA
• HDD: Consuma 4-5 W anche al minimo

6. Costi di alimentazione dell'interfaccia I/O

Le moderne opzioni di I/O hanno un elevato overhead:

7. Moduli a bordo e consumo di energia di fondo

Anche i componenti non CPU sono importanti:

• Moduli Wi-Fi: Intel AX210 consuma 1,5-2,2 W al minimo
• Circuiti integrati per LED RGB: Sorteggio costante di 1-2 W
• Sensori e controllori: Assorbimento cumulativo dai sensori di temperatura e dai circuiti integrati delle ventole

8. Effetti dell'efficienza delle PSU

Comportamento a basso carico

Con un carico di 30-50 W, le tipiche PSU ATX sono ben al di sotto della loro massima efficienza. Utilizzo SFX di livello platino o PicoPSU DC-DC per le costruzioni incentrate sull'inattività.

Tabella della curva di efficienza

9. Benchmark del mondo reale

Rapporti degli utenti e misurazioni di laboratorio:

• Mini PC con N100: 9,4 W al minimo, 24 W al carico (test su YouTube)
• Ryzen 5700G ITX NAS: 30 W al minimo, 95 W a pieno carico (con 2 HDD)
• Z790 + i5-13400 + 10G: 55 W al minimo, 170 W a carico

10. Metriche di efficienza energetica

Valutare l'efficienza del mondo reale utilizzando:

• Prestazioni per Watt: FPS per Watt (giochi), Mbps/Watt (NAS), MIPS/Watt (calcolo)
• Termico per Watt: Misura l'aumento di C° per watt caricato

11. Dibattito sull'efficienza tra Mini-ITX e Mini-PC

Il formato Mini-ITX è flessibile, aggiornabile e durevole, ma non sempre il più efficiente dal punto di vista energetico. I NUC e i mini-PC simili con CPU saldate e firmware ottimizzato battono le piattaforme ITX fai-da-te in termini di consumo energetico fino a 3 volte.

"I nostri NUC lavorano sotto gli 8 W con due monitor. Il modello ITX equivalente produce 24-28 W con lo stesso carico di OS". - Team di distribuzione SFF

12. Raccomandazioni di ingegneria

Lista di controllo per la progettazione

• Scegliete i SoC con idle inferiore a 10 W
• Preferenza per le unità DDR4 e PCIe Gen 3
• Disattivare gli I/O onboard non utilizzati (ad esempio, TB4, RGB).
• Utilizzare gli stati C del BIOS e l'undervolting quando è stabile

Obiettivi della messa a punto del BIOS

• ASPM - Abilitazione per il risparmio energetico di PCIe
• Stato C10 - Garantire il supporto della scheda/CPU
• Offset di tensione del nucleo - Da -0,05V a -0,15V tipico per Ryzen

Riepilogo

• Il consumo di energia dei Mini-ITX nel mondo reale varia da <10 W al minimo a 120 W+ sotto carico
• Ottimizzazione a livello di scheda, CPU, storage e PSU per ridurre l'assorbimento di energia.
• Utilizzare gli strumenti e le misurazioni della comunità per verificare l'impronta energetica.

Per ulteriori risorse di messa a punto, modelli di risparmio energetico per il BIOS o script di test specifici per la piattaforma, visitate il sito Scheda MiniITX.