224358608ed06c0cb104fa329819c0e8 Mini-ITX 主機板以往是偏向工業用途,隨著處理器效能進化,溫度因製程進步的關係而逐漸降低等優勢,漸漸的開始吸引希望電腦小型化,甚至是低噪音平台的使用者關注。這潮流驅使主機板廠相繼投入,針對家庭使用者需求調整以往生硬的佈局,推出舉如迎合 HTPC 應用最佳化的產品。

初期為工業主機板

Mini-ITX 主機板在初期,都是以工業用途為主,近幾年來才開始逐漸在消費性家用市場中嶄露頭角。在主機板佈局設計這方面,也並非為家用需求為主,通常搭配的處理器、晶片都不算新。且輸出、入埠也大多非 USB 等主流功能,反而是 COM Port、Parallel Port 較多,以符合工業機台需求。

▲ Mini-ITX 初期並非為家用平台所用。

Sandy Bridge 平台初嚐甜頭

在 Sandy Bridge 平台之前,各家廠商對於 Mini-ITX 市場其實是抱持輕視的態度,所生產的產品大多與 Mini-ITX 絕緣,即使有相對應產品推出,選擇性也是非常稀少。技嘉在這一塊倒是深耕許久,雖然初期市場並不被看好,仍然還是推出了多款產品提供消費者選擇。

而在 Sandy Bridge 推出後,因內建的 Intel HD Graphics 顯示晶片終於熬出頭,漸漸符合一般使用需求,且具備影片硬體解碼等機能。這讓一些低階顯示卡的需求不再那麼必要,也間接導致主機板空有一堆擴充槽卻無用武之地,因而逐漸帶動使用者希望主機能夠小型化的需求。

技嘉在此時推出的 H61N-D2V 與 H61N-USB3,無疑對市場投下了一顆未爆彈,這 2 張主機板的風格迥異,簡單歸納可以得到前者較偏重於工業應用,而後者則是屬於家用平台的設計。雖然這 2 張主機板並未帶動市場需求量,不過也已埋下日後 Mini-ITX 抬頭的契機。

華碩 Z97I-Plus:簡單易用、使用者角度設計

本篇會藉由華碩的 Z97I-Plus,這片屬於中階價格帶的 Channel 系列產品進行解析,不會只局限於用料解析,同時也會加入各個元件的位置分布、保護電路等細節進行優劣分析。

一般 Mini-ITX 主機板大致上會有 2 種配置方式,第 1 種為處理器、晶片組、PCIe 插槽由上而下分配,而另一種則是晶片組、處理器、PCIe 插槽這種難度較低的佈局方式。2 種方式並沒有孰優孰劣的絕對關係,但肯定會影響主機板的周邊元件相容性,取捨與否得視使用者需求篩選掉不適合的配置。

第 1 種配置方式具備散熱器相容性高的特性,因處理器插槽與顯示卡插槽之間還隔著晶片組這緩衝區,能夠相容於較大型的塔型散熱器,不過通常僅具備單一特定方向。

例如熱導管朝主機板上緣、PCIe 插槽導出的安裝方向,而朝記憶體插槽方向導出的安裝方向則是有可能不相容,原因可能為熱導管與記憶體干涉、散熱鰭片與記憶體高度干涉等問題。使用者通常也不會如此安裝,原因在於大多數機殼在背板 I/O 部位會具備 1 個出風孔,若是風道為吹向顯示卡位置,會造成機殼內部廢熱無法順利導出的問題。

也就是說除非為無風扇系統,為維持良好風道系統,編輯會建議即使 2 種安裝方式都可以相容,但還是應以向外排出的安裝方式較佳。

▲主機板佈局採用散熱器相容性較高的設計。(點圖可放大)

6 + 2 相,獨立供電迴路

在早期 Mini-ITX 主機板,對於供電迴路並不重視,大多採用較少相數結構。不過近年來開始走向高階家用,主打超頻特性,供電迴路上面逐漸開始堆料,借此吸引消費者目光。理論上小型機殼內空氣對流並不佳,不過若是規劃得當,仍然還是有一定幅度超頻空間,廠商普遍緊抓著這點打出小而精的策略。

Z97I-Plus 處理器供電迴路並非採用直立供電子卡的設計,而是選擇用了較占用空間的傳統布局,不過仍然具有 6 相真實迴路。控制器為已經被打磨掉真實型號的 DiGi+ ASP1257,搭配 6 顆 IR3535 MOSFET Driver 組合而成。

MOSFET 為德州儀器所生產的 CSD87350Q5D NexFET,單一封裝等效 1 上橋、1 下橋,單相負載能力為 40A,是目前少數幾款在效率上非常不錯的產品。同級產品還有 IR 所推出的 IR355x 系列,常見於技嘉主機板上,兩者最大的特色差距為 IR355x 的整合度更高,在單一封裝內已經整合 MOSFET Driver。

電容濾波的部份,高壓輸入端由 4 顆 FP10K 270μF 電容搭配 6 顆電感組成,輸出端則是 6 顆 FP5K 560μF 電容。不過由於空間有限,電容數量上也就沒有其他主機板來的多。

12V 輸入的部份則是仍舊保持 EPS 8pin 設計,且並未因空間因素而省略輸入電感,這一點仍舊是不錯的設計,大多數廠商會因這個部分影響不大而精簡減料。

記憶體供電迴路則是緊鄰在旁,主控晶片一樣為 Digi+ ASP1103,搭配的 MOSFET 同為 CSD87350Q5D NexFET,並非 ROG 主機板上常見的 CSD87588N NexFET,兩者最大差別在於封裝方式的改變。電容搭配則是因空間問題,而縮減為輸入端 1 顆 FP5K 270μF 電容,輸出端 1 顆 FP5K 560μF 電容,電感也採取貼片電感設計。

▲紅框:12V 輸入電感、黃框:高壓輸入濾波電容、綠框:Ti CSD87350Q5D NexFET、淺藍框:輸出濾波電容、紫框:DiGi+ ASP1257、藍框:DiGi+ ASP1103。(點圖可放大)

▲紅框:IR3535 MOSFET Driver。(點圖可放大)

PCH PCIe 通道分配,簡潔有效

一般主機板因插槽、第三方晶片較多的關係,較易出現晶片組通道數量不足的問題。不過 Mini-ITX 主機板因空間有限,PCB 上所能配置的插槽、晶片數量並不多,理論上不應存在共享通道等關係。

Z97I-Plus PCIe、SATA 6Gb/s、USB 3.0 分配關係:

PCH 原生 6 條 PCIe 通道

PCIe #1 接 Intel i218V 提供 GbE 網路

PCIe #2 提供 Mini PCIe 插槽,可安裝無線網路、藍牙雙模組卡

SATA6G #5、6 轉為 M.2 插槽,提供 SATA、PCIe 訊號雙模插槽

可以看到除了 M.2 部份,因為同時間提供 SATA 訊號而採取 Intel Flexible I/O 功能,將 SATA6G #5、6 轉為 M.2 以提供雙訊號切換模式之外,並不存在其他共用關係,原始 6 條 PCIe 通道也僅只用了 2 條。

不過編輯會比較希望將 M.2 插槽更改為 PCIe 單一訊號,如此可以提供 6 個 SATA 6Gb/s,而非當前規劃的 4 個。原因在於若是不使用高速 PCIe SSD,單純只是想要極小化主機,大可不必花大錢購買 M.2 SATA SSD,買 2.5 吋機種會更合乎經濟效益。

▲背板 I/O 提供多種輸出、入埠,惟音效部分較差。(點圖可放大)

▲M.2 位於主機板背面,有效利用 PCB 背面空間。(點圖可放大)

有效利用 PCB 正反面

可以看到 M.2 位於主機板背面,而 Mini PCIe 則是位於主機板正面,有效利用主機板上僅有的面積,達到功能最大化目的。不過可以看到有些地方還可以更好,但實際上不行,原因在於想法跟實際面臨到的問題相互衝突。

如 M.2 放在主機板背面,那麼要更換勢必得拆卸整台主機,過程繁瑣且有可能因機殼底板設計不良造成干涉問題。不過若是放到正面呢?想法很好但實際上卻不可行,原因在於正面即使解決了插槽沒有地方放置的問題,還得面臨螺絲鎖點銅柱會與 Mini PCIe 干涉的問題。那麼改為子卡設計呢?實際上這也是不可行,因為背板 I/O 已經占滿,沒有多餘的位置可以再利用。

Mini PCIe 插槽也是如此,修改設計成平躺而非直立的原因為何?在於背板 I/O 已經沒有任何空間,可以提供直立所需要占用的位置,上代產品所設計的位置在這一代產品改為 S/PDIF。

所以有些更好的作法,實際上因為諸多原因的考量,而不得不做出一些取捨,這也是主機板設計上常面臨到的問題。當然上面所述只要把部分背板 I/O 功能取消,如 S/PDIF 取消即可透過子卡,將 M.2、Mini PCIe 插槽配置於正面,不過犧牲的是使用者沒有 S/PDIF 可用,這也是上代產品所缺少的功能。藉由使用者反饋意見將功能加入,又因加入後所造成的位置占用,不得已將 Mini PCIe、M.2 全數更改為較不方便的設計。

▲無線網路卡採用較占用空間的平面設計,原因為背板 I/O 已無空間容納。(點圖可放大)

▲原先無線網路卡位置由 S/PDIF 占用。(點圖可放大)

小缺陷改掉更好

主機板上除了電子元件之外,更重要的地方在於各式連接線材的位置擺放,如 EPS 8pin、ATX 24pin 或者是 SATA 6Gb/s 甚至是 USB 3.0 19pin,還有機殼開關等等。這些插槽的擺放位置,將直接影響使用者裝機時的順手程度,另外也會影響機殼內部線材的凌亂程度。當這些插槽擺放凌亂,所造成的結果將是線材難以束起整合。

Z97I-Plus 所面臨到的幾個問題有 2 個,第 1 為 EPS 8pin 並不與 ATX 24pin 放於同一處,是為分離設計。這影響雖然不算大,但由於大部分機殼都是在主機板右緣位置較多、上下緣較少,且因電源供應器大多位於主機板正上方,因此將造成線材難以收束。若是可以改位於右側,則是可以更有效的整線,同時也減少主機板上方飛線,降低風扇打到線材等問題的發生機率。

另 1 個問題則是在於既然已經提供機殼開關的延長線材,那麼 USB 3.0 19pin 連接埠也位於主機板右緣,何不一併提供軟式延長排線。原因在於目前 USB 3.0 線材因規範問題而粗硬,極易因避免造成其他裝置干涉的問題,凹折線材卻導致 USB 3.0 19pin 針腳損毀。如果機殼空間比普通機殼要狹小,這問題會顯得嚴重,如果能提供軟排線就能有效解決這個結構上的缺陷。

▲提供開關延長線這一點在小機殼的安裝過程中非常實用。(點圖可放大)

▲PCIe 插槽尾鰭也採用特殊設計,可以輕鬆將顯示卡移除。(點圖可放大)

一代傳奇難以超越

細數市面上 Mini-ITX 主機板來說,佈局設計堪稱絕妙的產品為華碩所推出 Maximus VI Impact,採用精湛的佈線設計,將大多數人所會面臨到的安裝問題,加以排除與簡化。Maximus VI Impact 也並非沒有缺陷,如 USB 3.0 沒有提供軟排線,還有 M.2 插槽頻寬不足等問題,華碩在即將推出的 Maximus VII Impact,將會解決 M.2 等問題,理論上應有機會超越前代產品。

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