Netzteile für PCs und Server: Standards und Stecker

Bei der Assemblierung eines PC-Systems oder Servers spielt die Wahl des richtigen Netzteils eine entscheidende Rolle. Zu den wichtigsten Auswahlkriterien zählt der Formfaktor. Doch der garantiert noch lang nicht, dass das Netzteil alle gewünschten Anschlüsse parat hält. Die Hersteller der Netzteile haben trotz Spezifikationen einen Spielraum, den sie aus Kostengründen auch ausnutzen.

ATX12V ist ein empfohlenes Netzteilformat für Desktop-PCs. Die Spezifikation liegt aktuell in der Version 2.3 vor. Das entsprechende Pendant für Server- und Workstation-Anwendungen heißt EPS12V und trägt die Versionsnummer 2.92. Aber die Benennung des Formfaktors ist noch kein Garant für das „richtige“ Netzteil. Denn die Spezifikation legt nur fest, welche Stecker zwingend vorhanden sein müssen. Sonderformen von Steckern, die Anzahl sowie optionale Stecker bleiben den Herstellern überlassen. Zusätzlich können die Netzteilproduzenten die Leistung des Netzteils selbst festlegen, denn die Spezifikationen regeln nur bestimmte ausgewählte elektrische und mechanische Parameter für die Geräte fest.

Auf welche technischen Eigenschaften Sie beim Kauf eines Netzteils achten müssen, informiert Sie der Artikel Netzteile für PCs & Server: Darauf müssen Sie achten!. Wenn Sie sich für die neuen Stromsparrichtlinien interessieren, werden Sie im folgenden Artikel fündig: Energy Star 4.0: Neue Stromspar-Richtlinien für PCs und Notebooks..

Netzteilformfaktoren im Überblick

Unter Federführung von Intel sind alle relevanten Formfaktoren rund um Desktop-PCs auf der Formfactors.org-Webseite zusammengefasst. Neben Mainboard- oder Netzteilspezifikationen stehen den Geräteentwicklern dort Richtlinien für Systemdesigns zur Verfügung. Der Name des Netzteilformfaktors beschreibt in erster Linie die mechanischen Abmessungen. Mit dem entsprechenden Formfaktor und dem damit verbundenen Einsatzgebiet sind dann die elektrischen Parameter verknüpft.

Formfactors.org: Netzteilformfaktoren im Vergleich

Formfaktor	Aktuelle Version	Aktuelles Release-Datum	Einführung	Bezeichnung
ATX12V	2.3	Januar 2006	Februar 2000	Advanced Technology Extended 12V-Connector
TFX12V	2.3	März 2007	April 2002	Thin Form Factor 12V-Connector
SFX12V	3.2	März 2007	Dezember 1997	Small Form Factor 12V-Connector
CFX12V	1.4	März 2007	November 2003	Compact Form Factor 12V-Connector
LFX12V	1.2	März 2007	April 2004	Low Profile Form Faktor 12V-Connector
Flex ATX	1.0	März 2007	März 2007	Flex Advanced Technology Extended

Ein weiteres Gremium für Netzteilstandards ist die Server System Infrastructure (SSI). Sie besteht aus führenden Firmen der IT-Industrie, wie Intel, Dell, HP, IBM und Silicon Graphics. Der Schwerpunkt dieser Interessengemeinschaft liegt in der Standardisierung von Interfaces zwischen Komponenten wie Mainboards, Gehäusen und Spannungsversorgungen im Server- und Workstation-Umfeld.

SSI-Forum: Netzteilformfaktoren im Vergleich

Formfaktor	Aktuelle Version	Aktuelles Release-Datum	Einführung	Bezeichnung
EPS12V	2.92	k. A.	1998	Entry-Level Power Supply 12V-Connector
EPS1U	2.93	k. A.	k. A.	Entry-Level Power Supply 1U-Rack
EPS2U	2.1	16.05.2003	k. A.	Entry-Level Power Supply 2U-Rack
ERP12V	1.51	k. A.	Juni 2003	Entry Redundant Power 12V-Connector
ERP2U	2.31	k. A.	April 2002	Entry Redundant Power 2U-Rack

Die ATX- und EPS-Spezifikationen sind für die Netzteilhersteller Richtlinien, aber keine Verpflichtungen. Somit bieten sie genügend Spielraum für die unterschiedliche Konfiguration der Energielieferanten. Zum Beispiel können die Hersteller die Anzahl und die Art der Stecker sowie die maximale Leistung des Netzteils selbst bestimmen.

Eine zusätzliche Erschwernis für den Käufer sind die unterschiedlichen und nicht eindeutigen Bezeichnungen der Netzteile. So kann ein ATX12V-Netzteil zwar mit dem 2x2-poligen 12V-Stecker ausgestattet sein, aber nur über einen 2x10-poligen und nicht über einen 2x12-poligen Hauptstromstecker verfügen.

Mainboard-Power-Stecker 20-polig

Noch vor geraumer Zeit versorgte ein 20-poliger Stecker ein Mainboard mit Energie. Doch mit steigendem Leistungshunger der Mainboard-Komponenten erhöhte sich stetig der Strombedarf über diesen Power-Stecker. Um auch weiterhin eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, musste das Formfactors.org-Gremium schließlich einen neuen 24-poligen Power-Connector entwickeln und die Spezifikationen in der Version 2.0 (Februar 2003) dementsprechend ändern. Heute benötigen nur noch wenige Mainboards den 20-poligen Stecker – somit gehört dieser mittlerweile zu den Auslaufmodellen.

Pinbelegung des 2x10-poligen ATX-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Orange	+3,3 VDC	1	11	+3,3 VDC	Orange / Braun
Orange	+3,3 VDC	2	12	12 VDC	Blau
Schwarz	Masse	3	13	Masse	Schwarz
Rot	+5 VDC	4	14	PS_ON#	Grün
Schwarz	Masse	5	15	Masse	Schwarz
Rot	+5 VDC	6	16	Masse	Schwarz
Schwarz	Masse	7	17	Masse	Schwarz
Grau	PWR_OK	8	18	5 VDC	Weiß
Violett	+5 VSB	9	19	+5 VDC	Rot
Gelb	+12 V1DC	10	20	+5 VDC	Rot

Mainboard-Power-Stecker 24-polig

Mit der Einführung des 24-poligen Power-Steckers sind zum bisher 20-poligen Hauptstromstecker vier neue Leitungen hinzugekommen. Dazu zählen eine 12V, 5V und 3,3V sowie eine Masseleitung. Diese sollen das Stromdefizit aktueller Mainboards beheben und zusätzlich genügend Reserven für zukünftige Entwicklungen liefern. Neu ist diese Steckerausführung nicht, denn die im Server-Umfeld angesiedelten EPS-Netzteile verwenden diesen von der SSI spezifizierten Stromanschluss standardmäßig.

Ein zweigeteilter 24-poliger-Stromstecker ermöglicht einen universellen Einsatz in verschiedenen Mainboards. Allerdings unterliegt diese Ausführung keiner Spezifikation, sondern ist herstellerspezifisch.

Pinbelegung des 2x12-poligen ATX-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Orange	+3,3 VDC	1	13	+3,3 VDC	Orange / Braun
Orange	+3,3 VDC	2	14	-12 VDC	Blau
Schwarz	Masse	3	15	Masse	Schwarz
Rot	+5 VDC	4	16	PS_ON#	Grün
Schwarz	Masse	5	17	Masse	Schwarz
Rot	+5 VDC	6	18	Masse	Schwarz
Schwarz	Masse	7	19	Masse	Schwarz
Grau	PWR_OK	8	20	reserviert	nicht belegt
Violett	+5 VSB	9	21	+5 VDC	Rot
Gelb	+12 V1DC	10	22	+5 VDC	Rot
Gelb	+12 V1DC	11	23	+5 VDC	Rot
Orange	+3,3 VDC	12	24	Masse	Schwarz

Add-on-Stecker: 12 V

Für zusätzliche Stromversorgung des Mainboards führte das Formfaktors-Gremium den 2x2-poligen 12V-Stecker ein. Da nicht mehr die 5V-Stromleitungen des Hauptstromsteckers zur Speisung des Prozessors herangezogen werden, sondern dies über 12V-Spannungsregler geschieht, ist dieser Add-on-Stecker zwingend notwendig. Der ATX12V Power Supply Design Guide ab Version 2.0 empfiehlt diesen 2x2-poligen 12V-Stecker bei Belastung der 12V-Stromleitungen größer 18A in Form eines zusätzlichen 12V-Leitungsstranges mit eigener Stromlimitierung.

Pinbelegung des 2x2-poligen 12V-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Schwarz	Masse	1	3	+12 VDC	Gelb
Schwarz	Masse	2	4	+12 VDC	Gelb

Der 2x4-polige 12V-Stromstecker ist kein Bestandteil der ATX12V-Spezifikationen, sondern stammt aus den EPS12V-2.1-Spezifikationen der SSI-Initiative. Dieser besteht aus vier Masse- und vier 12V-Leitungen, die maximal 20A Strom liefern. Der vorwiegend in Servern eingesetzte Stecker wird als Prozessor-Power-Connector bezeichnet.

Pinbelegung des 2x4-poligen 12V-EPS-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Schwarz	Masse	1	5	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	2	6	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	3	7	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	4	8	+12 V1DC	Gelb

Peripherie Stecker: Serial-ATA

Seit dem ATX12V Power Supply Design Guide Version 1.3 ist der Serial-ATA-Power-Stecker fester Bestandteil der Spezifikationen. Allerdings bleibt es den Herstellern überlassen, ob sie diesen Stecker bei den Netzteilen anbieten. Dieser gehört nicht zur Pflichtausstattung. Der Connector versorgt die entsprechenden Festplatten mit Strom über je eine 3,3V-, 5V- und 12V-Leitung inklusive zwei Massezuführungen. Da SATA-Geräte mittlerweile zum Standard gehören, sollte ein entsprechender Stromversorgungsstecker am Netzteil nicht fehlen.

Pinbelegung des 5-poligen Serial-ATA-Stromsteckers

Pin	Signal	Farbe
1	+12 V1DC	Gelb
2	Masse	Schwarz
3	+ 5 VDC	Rot
4	Masse	Schwarz
5	+3,3 VDC	Orange

Peripherie Stecker: Laufwerke

Als Peripheral-Connector bezeichnen die ATX12V- und die EPS12V-Spezifikationen den 4-poligen Molex-Stecker für den Anschluss von IDE/SCSI-Festplatten oder CD-ROM-Laufwerken. Über die Verbindung versorgt das Netzteil das Gerät mit einer 5V- und 12V-Spannung inklusive zwei Masseleitungen. Oft dient der Stecker auch für zusätzliche Stromversorgung von optionalen Komponenten wie Wasserkühlungen oder meist älteren Grafikkarten.

Pinbelegung des 4-poligen Peripherie-Stromsteckers

Pin	Signal	Farbe
1	+12 V1DC	Gelb
2	Masse	Schwarz
3	Masse	Schwarz
4	+ 5 VDC	Rot

Zu den spezifikationsübergreifenden Steckern zählt darüber hinaus der sogenannte Floppy-Power-Connector. Dieser verfügt über die gleichen Signalleitungen wie der Peripheriestecker und wird sowohl in ATX- als auch in EPS-Netzteilen verwendet.

Pinbelegung des 4-poligen Peripherie-Stromsteckers

Pin	Signal	Farbe
1	+5 VDC	Rot
2	Masse	Schwarz
3	Masse	Schwarz
4	+12 V1DC	Gelb

PCIe-Stromstecker 6/8-polig für Grafikkarten

Die aktuelle Generation von Highend-Grafikkarten benötigt enorm viel elektrische Leistung. Die PCI-Express-Spezifikation legt fest, dass der PCIe-Slot maximal 25 Watt Leistung liefern kann. Benötigt die Einsteckkarte mehr Energie, muss sie diese bisher über ein oder zwei Stromanschlüsse auf dem Grafikboard direkt aus dem Netzteil beziehen.

Um den Leistungsbedarf von PCI-Express-Grafikkarten von 75 bis 150 Watt zu gewährleisten, kreierte die PCI Express Workgroup unter Federführung der Grafikchip-Hersteller ATI und NVIDIA einen neuen 6-poligen Stromversorgungsstecker für Highend-Grafikkarten (PCI Express Version 1.0 und 1.1). Dieser besteht aus drei +12V- und drei Masseleitungen und soll den Leistungsbedarf von PCI-Express-Grafikkarten jenseits der spezifizierten 75 Watt decken.

Pinbelegung des 2x3-poligen 12V-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Schwarz	Masse	1	4	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	2	5	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	3	6	+12 V1DC	Gelb

Mit dem aktuellen PCI-Express-Standard 2.0 wurden die elektrischen Spezifikationen für den Grafikkarten-Stromstecker erweitert. Der jetzt neue 8 polige PCI-Express-Stecker ist in der Lage Karten zwischen 150 bis 300 Watt Leistungsaufnahme mit genügend Strom zu versorgen. Allerdings ist dieser neue Stecker in den aktuellen Netzteil-Standards noch nicht definiert. So bleibt es jedem Netzteilhersteller überlassen den 8-poligen Grafikkartenstromstecker zu verwenden. Auch eine Kombination aus einem 6- und einem 8-poligen Stecker ist möglich.

Pinbelegung des 2x4-poligen 12V-Stromsteckers

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Schwarz	Masse	1	5	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	2	6	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	3	7	+12 V1DC	Gelb
Schwarz	Masse	5	8	Masse	Schwarz

Workstation-Stromstecker

Der Workstation-Stromstecker gehört zum optionalen Bestandteil der EPS12V-Spezifikation Revision 2.1 der SSI. Der 6-polige Stecker besteht aus je zwei 3,3V-, 12V- und Masseleitungen. Mit dieser Leitungskombination versorgt der Connector entsprechende Workstation-Grafikkarten. In der aktuellen EPS12V-Spezifikation Version 2.92 ist dieser Stecker nicht mehr vorhanden. Dieser wurde durch den PCIe-Stromstecker ersetzt.

Pinbelegung des 2x3-poligen 12V

Farbe	Signal	Pin	Pin	Signal	Farbe
Orange	+3,3 VDC	1	4	Masse	Schwarz
Orange	+3,3 VDC	2	5	Masse	Schwarz
Gelb	+12 V2DC	3	6	+12 V2DC	Gelb

Add-on-Stecker: ATX-Auxiliary

Neben dem Hauptstromversorgungsstecker und den Peripheriesteckern bieten die verschiedenen Spezifikationen weitere Stromversorgungsstecker für die Hauptplatine an. Dabei unterstützen diese nur bestimmte Funktionsgruppen bei der Stromversorgung. Seit der Einführung der ATX-Spezifikation gehört der ATX-Auxiliary-Power-Stecker dazu. Allerdings wird dieser Stecker heute nur noch sehr selten verwendet.

Pinbelegung des 6-poligen Auxiliary-Stromsteckers

Pin	Signal	Farbe
1	Masse	Schwarz
2	Masse	Schwarz
3	Masse	Schwarz
4	+3,3 VDC	Orange
5	+3,3 VDC	Orange
6	+5 VDC	Rot

Der Auxiliary-Stecker stellt zwei zusätzliche +3,3V- und eine +5V-Leitung für die Stromversorgung zur Verfügung. Die ATX-Spezifikation 2.1 schreibt vor, dass Mainboards, die eine Stromaufnahme auf der 3,3V-Leitung über 18A oder auf der 5V-Leitung über 30A haben, über diesen zusätzlichen AUX-Stecker gespeist werden sollen. Mit der ATX-Spezifikation 2.2 beziehungsweise dem ATX12V Power Supply Design Guide 2.0 ersetzten die Netzteilentwickler den AUX-Stecker und implementierten die Leitungen in den Hauptstromversorgungsstecker. Dieser verfügt statt über 20 jetzt über 24 Leitungen. Das Pin-out entspricht den bereits bekannten SSI-Spezifikationen.

Netzteile mit frei wählbaren Stromsteckern

Einige Netzteilhersteller offerieren Geräte die nur mit dem Hauptstromversorgungsstecker ausgestattet sind. Aller anderen Stromstecker können entsprechend frei wählbar per Steckverbindung an das Netzteil angeschlossen werden. Dies verringert den Kabelwirrwarr im Gehäuse und verbessert zusätzlich die Luftzirkulation. Einer Spezifikation unterliegen diese konfigurierbaren Steckverbindungen an den Netzteilen nicht.

Allerdings ist technisch gesehen diese Methode der „Steckerkonfiguration“ am Netzteil nicht ideal. Da jede Steckverbindung einen Übergangswiderstand besitzt und die Ströme in den Zuleitungen mehrere Ampere betragen können, entsteht an dieser Verbindung ein Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall kann je nach Qualität der Steckverbindung so hoch sein, das eine ausreichende Versorgung der angeschlossenen Komponenten mit entsprechender elektrische Spannung nicht mehr gewährleisten sein könnte.

Adaptervielfalt

Wer im Dschungel von Formfaktoren und verschiedenen Spezifikationen nicht das geeignete Netzteil mit den nötigen Steckern findet, hat die Möglichkeit, auf unterschiedliche Adapter zurückzugreifen. Teilweise legen Netzteilhersteller zu ihren Geräten die Umsetzer als Beigabe dazu. Mainboard- und Grafikkartenhersteller unterstützen neue Anschlussmöglichkeiten, indem sie die entsprechenden Adapterkabel mitliefern.

Nach Einführung der PCI-Express-Technologien haben sich die Anforderungen an die Stromversorgung der entsprechenden Komponenten geändert. Statt einer 20-poligen Stromversorgungsbuchse benötigt ein spezifikationskonformes Mainboard jetzt eine 24-polige Buchse. Die zunehmend eingesetzten SATA-Festplatten benötigen einen normierten Serial-ATA-Stromanschluss.

Neben Mainboards inklusive der CPU entwickeln mittlerweile Grafikkarten einen enormen Strombedarf. Im Highend-Bereich kommen sie nicht ohne zusätzliche externe Stromversorgung über ein oder zwei Peripherie-Strombuchsen aus. Der direkte Anschluss ans Netzteil oder die Verwendung entsprechender Adapter (bei älteren Netzteilen) für den Anschluss an den Energielieferanten ermöglichen es, den erhöhten Leistungsbedarf zu decken.

Fazit

Mit dem steigenden Energiebedarf von Rechnerkomponenten haben sich die Anforderungen an die Stromversorgung geändert. Will man die neuen Komponenten ohne Adapterflickwerk einsetzen, steht man mit der Wahl eines geeigneten Netzteils vor einem Dilemma. Es existieren eine Fülle von Spezifikationen und darüber hinaus Netzteile mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Stromsteckern.

Als Energiequelle für Desktop-PCs, Workstations oder Server setzen die Hersteller in der Regel ATX- oder EPS-Netzteile beziehungsweise deren Sonderformen ein. Allerdings variiert je nach Ausstattung die Steckerkonfiguration. Besonders wichtig ist, nach welcher Spezifikationsversion das Netzteil hergestellt wurde. Ist es zum Beispiel nach der ATX-Spezifikation 1.3 gefertigt, besitzt es nur einen 20-poligen statt eines 24-poligen Hauptstromversorgungssteckers. Auch der 2x2-polige 12V-Connector zählt erst seit der Revision 2.0 zum Standard. Will man die Hauptstromversorgung universell einsetzen sollte eine teilbare Variante des 24-poligen Stromsteckers gewählt werden. Allerdings statten die wenigsten Hersteller ihre Netzteile mit diesem Connector aus.

Auch die Stromversorgung der Grafikkarten behandeln die Netzteilhersteller nach anfänglichen Anlaufschwierigkeiten einheitlich. Neben dem Peripheriestecker bei älteren Grafikkarten versorgt jetzt ein standardisierter 2x3-poliger 12V-Stecker das Grafikboard mit der nötigen Energie.

Wer seinem PC-System neue Komponenten gönnen möchte, muss nicht zwangsläufig sein altes Netzteil verschrotten, nur weil bestimmte Stecker nicht vorhanden sind. Oft ist es preiswerter, auf Adapter zurückzugreifen. Allerdings sollte man im Zuge der Energieeffizienz prüfen, ob ein neues Netzteil nicht doch geeigneter ist. (hal)