Intel ATX 3.0設計ガイドで、PCIeグラフィックカード補助電源コネクタはどう区分されているのか

Intel は ATX Version 3 Multi Rail Desktop Platform Power Supply Design Guide 2.1a の中で、PCI Express Add-in Card 向けの補助電源コネクタを次の3種類に分けています。

• PCIe 2x3
• PCIe 2x4
• 12V-2x6

ここでいう Add-in Card として最も身近なのは単体グラフィックカードです。文書でも、これらのコネクタがカバーする電力範囲は 75W から 600W までだと明記されています。

1. まず結論から

いちばん大事な違いだけ先に押さえるなら、次のように理解できます。

• 2x3 はおなじみのグラフィックカード用 6ピン に相当し、位置づけは 75W
• 2x4 は一般的なグラフィックカード用 8ピン に相当し、位置づけは 150W。さらに 2x3 と互換性があります
• 12V-2x6 は新世代の高出力グラフィックカード用コネクタで、最大 600W に対応します

本当の分かれ目は電力だけではなく、次の点にもあります。

• 2x3 / 2x4 は従来型の補助電源という発想の延長にある
• 12V-2x6 は高出力給電、挿し込み状態の検出、サイドバンド信号通信までを標準の中に取り込んでいる

2. PCIe 2x3: 従来の6ピンで、文書上の位置づけは 75W

Intel はこのページで 2x3 Auxiliary Power Connector を、PCIe 拡張カードへ 75W の補助電源を供給するためのコネクタとして定義しています。

主なポイントは次のとおりです。

• 設計目標は 75W
• 最大定格は 8.0A/pin
• ケーブル仕様は 18 AWG
• Sense ピンの1つをグラウンドに落とし、グラフィックカード側が 2x3 補助電源ケーブルの接続有無を判断できるようにする

いまの自作PCでよく使う呼び方に置き換えると、ほぼグラフィックカード用の 6ピン 補助電源コネクタそのものです。

3. PCIe 2x4: 8ピン、150W、そして 2x3 と互換

2x4 Auxiliary Power Connector は、より一般的なグラフィックカード用 8ピン コネクタに相当し、Intel はその目標電力を 150W としています。

ここで重要なのは次の2点です。

• ボード側の 2x4 レセプタクルは 2x4 プラグだけでなく 2x3 プラグも受け入れられる
• グラフィックカードは SENSE0 と SENSE1 を使って、実際にどの種類のケーブルが挿さっているかを識別する

Intel が示している識別ロジックは次のとおりです。

つまり、ボード側の 8ピン は単に「6ピンに2本足したもの」ではなく、電力識別ロジックも担っています。

4. 12V-2x6: 新世代の高出力コネクタ、最大 600W

12V-2x6 になると位置づけは大きく変わります。Intel はこれを、PCIe 拡張カード向けに最大 600W を供給できる 12V 電源コネクタとして定義しています。

文書にある主なポイントは次のとおりです。

• 12V-2x6 は 2x3 や 2x4 と互換性がない
• 主電源接点のピッチは 3.0 mm
• 2x3 と 2x4 の接点ピッチはそれより広く 4.2 mm
• このコネクタは給電用の大きな接点を 12 個持ち、その下にサイドバンド信号用の小さな接点を 4 個持つ

ケーブル仕様も従来型より厳しくなっています。

• 電源線とGND線は 16 AWG
• 12 本の主給電ピンはすべて完全に配線されていなければならない
• サイドバンド信号線は 28 AWG
• 主給電ピンの定格は 9.2A/pin

さらに文書では、コネクタ本体に H++ の表示を付け、9.2A/pin 以上に対応していることを示すよう求めています。

上の画像は Intel のページにある Figure 5-3 で、12V-2x6 Cable Plug Connector に対応します。

こちらは Figure 5-5 で、12V-2x6 PCB Header に対応します。この2枚を合わせて見ると、従来の 6ピン/8ピン とは別物のコネクタ形状になっていることがよく分かります。

5. なぜ 12V-2x6 は初期の 12VHPWR と違うのか

Intel はこのガイドの中で、12V-2x6 vs. 12VHPWR という説明をわざわざ設けています。

結論はかなり明快です。

• 初期の 12VHPWR は廃止された
• PCIe CEM 5.1 は 12V-2x6 に切り替わった
• 外見はよく似ているが、新しいコネクタには複数の信頼性改善が入っている

主な変化は大きく2つあります。

1つ目は機械構造です。

• 主給電ピンが長くなった
• サイドバンドピンが短くなった

これにより、主給電ピンが先に接触して最後に離れ、サイドバンド信号は主給電ピンが十分深く挿さってから初めて導通するようになっています。

2つ目は SENSE0 / SENSE1 ロジックの更新です。

• 150W 桁は SENSE0 と SENSE1 が短絡されていることを要求するようになった
• 両信号が Open-Open のとき、新しい仕様では 0W と定義される
• つまり、プラグがきちんと挿さっていない、あるいはそもそも挿さっていない場合、準拠したグラフィックカードはそのケーブルから電力を引き出してはいけない

これも 12V-2x6 が初期の 12VHPWR より保守的で堅実だと見なされる理由の1つです。

6. 12V-2x6 の4本のサイドバンド信号は何をするのか

Intel は sideband signal のページで、12V-2x6 の4本の信号を次のように定義しています。

• SENSE0、必須
• SENSE1、必須
• CARD_PWR_STABLE、任意
• CARD_CBL_PRES#、グラフィックカード側では必須、電源側では任意

1. SENSE0 / SENSE1

この2本は、ケーブルと電源が現在どの電力レベルを許可しているかをグラフィックカードへ伝えるための信号です。

Intel が示している電力表は次のとおりです。

ここで本当に大事なのは表を丸暗記することではなく、12V-2x6 がもはや単なる「電気が来ているかどうか」だけのコネクタではないという点です。サイドバンド信号によって、複数の電力段階が明示的にグラフィックカードへ符号化されます。

2. CARD_PWR_STABLE

これは任意信号で、役割としてはグラフィックカードから電源へ返す Power Good に近いものです。

Intel の定義は次のとおりです。

• グラフィックカード上の重要なローカル電源レールが正常範囲内にある間、この信号は開放の高インピーダンスを保つ
• それらのローカル電源レールが動作範囲外になったことをグラフィックカードが検出すると、能動的に Low に引き下げる
• この信号を実装する場合、電源側は 4.7 kOhm を介して +3.3V へプルアップする必要がある

要するに、電源に追加の障害検知入力を与える仕組みです。

3. CARD_CBL_PRES#

この信号の主な役割は、どちらかといえば接続状態の検出です。

• 12V-2x6 ケーブルが本当にグラフィックカードに接続され、しかも正しく奥まで挿さっていることを電源に知らせる
• モジュラー電源では、電源側の 12V-2x6 ケーブルが完全に挿さっているかの確認にも役立つ

Intel はさらに次の点も明記しています。

• グラフィックカード側はこの信号の基本ロジックを実装しなければならない
• グラフィックカード側では 4.7 kOhm を介してGNDへプルダウンする
• 電源側でこの信号を監視するかどうかは任意

この信号は使用可能電力の判定には使われません。使用可能電力を伝える役目は引き続き SENSE0 / SENSE1 が担います。

7. この3世代のコネクタの関係をどう理解するか

自作PCやコネクタ識別の観点から覚えるなら、次の3世代として整理できます。

• 2x3: 従来の 6ピン、典型的には 75W
• 2x4: 従来の 8ピン、典型的には 150W、かつ 2x3 と互換
• 12V-2x6: 新世代の高出力コネクタで、最大 600W

さらに一歩踏み込むと、

• 2x3 / 2x4 は従来型の補助電源コネクタの考え方にある
• 12V-2x6 は高出力給電、挿し込み状態、サイドバンド通信をまとめて標準化している
• 12V-2x6 の要点は単に高出力化だけではなく、より厳密な挿し込み検出と、より明確な電力状態の符号化にある

まとめ

Intel の ATX 3.0 設計ガイドを見ると、PCIe グラフィックカード向け補助電源コネクタは、かなりはっきり3つの階層に分かれています。

• 2x3 は 75W
• 2x4 は 150W
• 12V-2x6 は最大 600W

そして 12V-2x6 と旧 12VHPWR の本当の違いは、名前や見た目だけではなく、次の点にもあります。

• 主給電ピンとサイドバンドピンの機械構造の更新
• SENSE0 / SENSE1 の符号化ルールの更新
• より保守的な Open-Open = 0W 状態の追加
• CARD_PWR_STABLE と CARD_CBL_PRES# による、より完全な接続状態と電源状態の管理

高出力グラフィックカードやモジュラー電源ケーブルを調べているとき、あるいは 6ピン / 8ピン / 12V-2x6 の関係を整理したいときには、Intel の公式設計ガイドそのものがかなり分かりやすい土台になります。

参考リンク

• Intel EDC: PCI-Express (PCIe*) Add-in Card Connectors (Recommended) https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/pci-express-pcie-add-in-card-connectors-recommended/
• Intel EDC: PCIe* Add-in Card 12V-2x6 Auxiliary Power Connector Sideband Signals https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/pcie-add-in-card-12v-2x6-auxiliary-power-connector-sideband-signals/
• Intel EDC: SENSE0 & SENSE1 (Required) https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/sense0-amp-sense1-required/
• Intel EDC: CARD_PWR_STABLE (Optional) https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/card-pwr-stable-optional/
• Intel EDC: CARD_CBL_PRES# (Optional in Power Supply) https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/card-cbl-pres-optional-in-power-supply/
• Intel EDC: Sideband Signals DC Specifications (Required) https://edc.intel.com/content/www/us/en/design/ipla/software-development-platforms/client/platforms/alder-lake-desktop/atx-version-3-0-multi-rail-desktop-platform-power-supply-design-guide/2.1a/sideband-signals-dc-specifications-required/