Как выбрать и подключить блок питания для майнинг фермы (серверный, ATX и синхронизация)

Майнинг предусматривает использование нескольких устройств, осуществляющих вычисления независимо друг от друга и скомпонованных на одной материнской плате. При этом блок питания для майнинга должен обладать соответствующей мощностью, которая позволит запитать все устройства. Хорошим вариантом будет применение БП, обладающих высокой мощностью, однако далеко не каждый из них может использоваться при сборке майнинг фермы. Это связано с тем, что в обычных условиях не используется несколько видеокарт, поэтому производители БП не предусмотрели большое количество однотипных выходов, а мощность, которую обеспечивает материнская плата, также ограничена.

Даже использование материнских плат, разработанных специально для майнинга, не гарантирует достаточной мощности каждому добывающему устройству. При майнинге на 6 видеокартах блок питания должен иметь достаточное количество выходов 6 pin или 6 pin+2, обладать запасом не менее 10% свыше максимальной потребляемой всеми устройствами мощности и надежностью, позволяющей эксплуатировать его круглосуточно. Возможно использование разветвителей, обеспечивающих подключение нескольких устройств на один выход, но при этом нагрузка на него значительно возрастает и может привести к выходу из строя всего блока питания.

Серверные блоки питания

Домашние GPU-майнинг фермы используют 4 видеокарты или более, каждая из которых потребляет от 30 до 300 Вт. Для обеспечения их бесперебойной работы нередко применяют серверные блоки питания, обладающие надежностью и необходимой мощностью.

Серверный вариант гораздо мощнее обычных ATX собратьев, но при этом может нагреваться до более высоких температур и работать гораздо громче.

Шумные кулеры относятся к недостаткам таких устройств, однако, надежность, позволяющая круглосуточно работать на максимальных нагрузках, позволяет пренебречь этим неудобством. При этом цена на них колеблется от 8 000 до 60 000 рублей, что доступно далеко не каждому майнеру.

Количество выходов, подходящих для обеспечения видеокарт электроэнергией с напряжением 12В, ограничивает применение. Приобретение нескольких разветвителей расширяет возможности БП, но нельзя превышать максимальную мощность выходов, поскольку это может привести к выходу из строя оборудования.

Некоторые умельцы выполняют распайку дополнительных выходов, но это требует знаний и навыков, позволяющих выполнить операцию и не повредить оборудование. Цена распаянного серверного БП будет немного выше стандартной комплектации, но позволит избежать лишних проблем.

Необходимо тщательно просчитывать потребляемую видеокартами мощность, учесть, что частично видеокарты питаются через порт PCI-E и вычислить подаваемое дополнительное питание. Требуется учесть максимальную силу тока на проводах дополнительного питания, от нее зависит сколько видеокарт одновременно сможет тянуть БП без перегрева.

Расчет нагрузки на выходы 6 pin или 6 pin+2 осуществляется суммированием потребляемой мощности запитанными устройствами и вычетом подаваемой через порты PCI-E. Через порт типа PCI-E на видеокарту может подаваться до 75 Вт, которые необходимо отнять от максимальной заявленной мощности. Серверный блок питания, применяемый для майнинга, обычно способен обеспечить питанием от 4 до 8 видеокарт.

⇡#Блок активного PFC

В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, – такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.

Потребление тока импульсным БП

Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).

Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.

Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) – не путать с КПД!

У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий – около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.

Электрическая схема и потребление тока блоком Active PFC

В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой – что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.

Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).

Блок Active PFC и входной выпрямитель (Antec VP700P)

Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество – не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.

Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.

Синхронизированные блоки питания

Покупка одного блока питания мощности, достаточной для работы майнинг фермы, обходится значительно дороже, чем применение пары маломощных устройств. Подключить два блока питания к одному компьютеру можно двумя способами:

1. При включении компьютера происходит запуск обоих устройств одновременно. При этом каждый из блоков обеспечивает питанием часть системы, обеспечивая бесперебойную работу. Для этого применяются специальные устройства, позволяющие синхронизировать два блока питания, или спайка проводов в определенном порядке с подключением реле.
2. Дополнительный БП питает устройства для майнинга (видеокарты) и включается независимо от основного. Запуск осуществляется принудительно и никак не влияет на работу главного блока, осуществляющего питание материнской платы, жесткого диска, оперативной памяти, кулеров и части видеокарт.

Второй способ намного проще, но он не обеспечивает одновременную работу всех устройств и блоки питания работают независимо друг от друга. Для принудительного запуска потребуется соединить между собой провода, отвечающие за запуск. На разъеме 24-pin со стороны замка отсчитывается 3 и 4 провод справа (обычно зеленого и черного цвета), отвечающие за принудительный запуск БП. В простейшем случае достаточно соединить их между собой куском изолированного провода, вставив его в указанные разъемы.

Запускаться блок питания будет при помощи кнопки, находящейся на задней части или включением пилота (сетевого шнура) в сеть. Использование кнопки, размыкающей соединение, позволит упростить запуск и сделать его более удобным. В этом случае с помощью паяльника добавляется необходимая длина проводов к указанным выше контактам, а кнопка выводится в удобное место корпуса фермы. Дополнительный БП запускается с этой кнопки и работает независимо от основного.

Способ с синхронизацией намного надежнее и позволит обеспечить одновременный пуск нескольких (возможно и более 2-х) блоков питания. Для этого выбирается главный БП, который дает сигнал на запуск второму блоку питания. Синхронизатор позволяет не мучиться с распайкой и подбором необходимого реле. Копеечная стоимость и заводское исполнение позволят избежать ошибок при подключении путем пайки.

На фотографиях ниже приведены варианты таких устройств.

№1:

№2:

В зависимости от модели, возможны варианты, позволяющие запускать в работу дополнительные видеокарты непосредственно от синхронизатора, в других случаях используются только расположенные на БП выходы. На верхней фотографии видно, что можно припаять к плате еще пару 8-pin разъемов и полноценно их использовать.

24-pin главного БП подключается к материнской плате, ведомого – к синхронизатору. Разъем molex служит для получения сигнала на запуск и подключается к главному устройству.

Большим недостатком схем с двумя БП является отсутствие защит от КЗ, что приведет к выходу из строя видеокарт и других добывающих устройств. Применение источника бесперебойного питания или других устройств, полностью отрубающих систему от сети при перегрузках, позволит сохранить работоспособность оборудования при выходе одного БП из строя.

Видео — описание синхронизатора и принципов его работы:

Видео — подключение двух БП через синхронизатор:

Для процессора

Производительность процессоров в последние десятилетия неуклонно растет. Растет и их энергопотребление. Питаются процессоры от преобразователей напряжения (VRM), установленных на материнской плате. Около двух десятилетий назад произошел массовый переход запитки VRM с напряжения +5 вольт на уровень +12 вольт. Связано это с тем, что для передачи одинаковой мощности при большем напряжении требуется меньший ток. VRM получают электроэнергию по отдельному кабелю с разъемом, состоящим из 4 пинов. Два контакта предназначены для напряжения+12 вольт (желтый провод) и два – земля (провод в черной изоляции).

Коннектор для VRM на 4 контакта.

Гнезда на разъеме и пины на плате расположены в два ряда по назначению. Два вывода выполняют функцию ключа – их форма отличается от остальных, поэтому ошибочное подключение невозможно.

Распиновка 4-контактного разъема для VRM.

С ростом производительности стало расти количество VRM (сначала на серверах, потом и на персональных компьютерах), поэтому встал вопрос о рациональном распределении мощности. Вопрос решен применением 8-пиновых коннекторов. В них подводимая мощность распределяется на 4 пары проводников.

Коннектор для VRM на 8 контактов.

В остальном от предыдущего варианта принципиальных отличий нет. Коннектор содержит два ряда гнезд — +12 вольт и 0 вольт, только по 4 в ряд.

Распиновка 8-контактного разъема для VRM.

Прогресс не остановить, потребление энергии процессорами будет только расти. Похоже, 4-пиновые разъемы свой век отжили и уходят в прошлое.

Для видеокарты (PCI Express)

Видеокарты предыдущих поколений, имеющие невысокую производительность, и современные модели бюджетного класса питаются от разъема PCIe х 16, к которому они подключаются. Напряжение на этот терминал поступает от материнской платы, которая, в свою очередь, запитывается от БП через 24(20)-контактный коннектор. Этого хватает для передачи 75 ватт.

Разъем дополнительного питания PCI Express.

Современным производительным картам этого недостаточно, поэтому для них предусмотрен дополнительный вход питания PCI Express. Изначально он представлял собой коннектор на 6 контактов и позволял обеспечить дополнительное энергоснабжение мощностью 75 ватт. Очень скоро этой пропускной способности стало недостаточно, и последующие стандарты ATX пополнил разъем на 8 контактов и на 120 ватт.

Распиновка 6-контактного и 8-контактного коннектора.

Также этот разъем выпускается в универсальном формате 6+2, позволяющий использовать его как для 6-пиновых коннекторов видеокарт, так и для 8-пиновых.

Универсальный разъем 6+2.

Для самых современных видеокарт производители применяют коннекторы с двенадцатью контактами, но они пока широкого распространения не получили.

Для жестких дисков и прочих устройств (SATA, MOLEX)

Для подключения жестких дисков и некоторой другой периферии долгое время использовался разъем Molex (по названию фирмы-изготовителя). Его достоинство – вилки и розетки с большими, мощными контактами, надежно работающими при больших токах.

Втычные элементы расположены в один ряд. Разъем также имеет ключ, исключающий неверное соединение. Два внутренних пина предназначены для земляных проводов (черных). К крайним подключаются проводники с напряжением +5 вольт и +12 вольт. Каждый контакт рассчитан на ток в 11 ампер, что позволяет передать по пятивольтовому каналу 55 ватт, а по двенадцативольтовому – 132 ватта. Распиновка коннектора Молекс показана на рисунке.

Распиновка разъема Molex.

Передаваемая по линии питания мощность ограничивается не только нагрузочной способностью разъема, но и сечением проводов подключенного кабеля, шириной дорожек печатной платы и т.д. Для определения наибольшей мощности линии надо выбирать возможности наименее мощного компонента.

В связи с возросшей популярностью стандарта SATA, разъемы Molex вытесняются коннекторами питания SATA, имеющими 15 выходов. На каждое напряжение задействовано 3 пина, что позволяет передавать большую мощность, не увеличивая сечение проводников и сохраняя гибкость кабеля. Группы напряжений разделены группами нулевых проводов (по 3 проводника). Распиновка разъема – в таблице.

Стандарт SATA предполагает подключение устройств двумя разъемами – для питания и для передачи данных. Их путать не следует.

Разъем питания SATA.

Какая мощность блока нужна для майнинга

Исходя из того, что блок питания будет круглосуточно эксплуатироваться в жестком режиме, нужно использовать блок питания, имеющий как необходимый запас по мощности, так и учитывать тот фактор, что со временем электронные компоненты стареют и реально отдаваемая мощность блока питания уменьшается.

Кроме того, нужно учитывать тот фактор, что любые электрические цепи обладают нелинейностью и в момент включения и выключения в них протекают пиковые токи, большие, чем в рабочем режиме. В связи с этим так необходим запас по мощности у блока питания для майнинга. Простая установка самого мощного блока питания на имеющееся оборудование не всегда является самым лучшим решением в связи с тем, что, как правило, блоки питания имеют самый лучший КПД при их загрузке на 50-60 процентов мощности. Если блок питания будет недогружен, он будет работать неэффективно, а в некоторых случаях может просто не запуститься. Поэтому нужно знать, как произвести правильный расчет мощности блока питания.

Чистка и обслуживание

В связи с постоянной работой вентилятора блока питания, прогоняет большое количество воздуха через его корпус. Этот воздух, содержащий пыль, со временем забивает корпус блока питания, что значительно ухудшает его температурный режим. Может привести к возгоранию или неисправности. Чтобы избежать излишней траты времени на ремонт, желательно периодически производить их очистку. Путем продувки, а при сильном загрязнении путем разборки и очистки антистатической кисточкой.

Еженедельная продувка является обязательной процедурой. Чтобы не тратить кучу денег на баллончики со сжатым воздухом, купите электрическую воздуходувку. Но при этом как бы вы ни старались, все равно пыль будет оседать и прилипать, поэтому рано или поздно понадобится более тщательная очистка.

Если устройство еще на гарантии, то лучше не вскрывать его самому, а обратится в специализированный сервисный центр. Как говорится: «Чистота залог здоровья», а в данном случае залог своевременного получения прибыли. Удачного майнинга!

⇡#Вторичная цепь

Вторичная цепь – это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой – 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки – одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине – 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В – экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно – на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других – падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

Стабилизирующие дроссели и выходной фильтр (Antec VP700P)

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Преобразователь DC-DC для шины 5 В (CoolerMaster G650M)

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

Группы производителей

• OEM (Original Equipment Manufacturer) – компании проектирующие и производящие блоки.
• Компании, не имеющие собственного производства, данные компании могут разработать дизайн или программную начинку, но производят блоки для них OEM партнеры. К таким компаниям можно отнести: Corsair, Be Quiet, SilverStone. К примеру, для Corsair OEM производителем блоков питания серии HXi является CWT.
• И третья категория это TradeMark (™) компании, они просто маркируют закупаемую продукцию собственным брендом и перепродают на рынке, возможно немного изменяя дизайн радиатора.

В нашем случае мы будет выбирать блоки питания от 750 ватт и выше. Для запуска одной фермы на 5 видеокарт от Sapphine Nitro+ RX 480 8GB нам хватит одного хорошего блока питания на 1200 ватт, либо двух блоков питания на 750 ватт.