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2021
11-10

Intel 12代酷睿为啥换接口?Z690主板最深入科普

现在PC市场出现了一个很有意思的反转:

之前高歌猛进提升产品性能的显卡,因为单位晶体管效率提升停滞和强身健体的影响,产品更新明显趋缓,2019年发布的RTX 2060在明年还要翻新出新版。

CPU这边竞争则趋于白热化,产品更新周期也从过去一年半左右直接压缩到了三个季度。

这一次Intel信心满满地推出了第12代酷睿CPU,相应地也放出了600系列主板。今天就带大家了解一下Z690主板到底升级了那些东西。

Z690芯片组规格介绍:

如果以历代Intel主板芯片组的升级幅度来衡量,Z690应该是近10年来规格升级幅度最大的一次。比较值得注意的规格升级如下:

1、对应支持LGA 1700针脚的第12代酷睿CPU。

2、CPU散热器扣具孔距改变,需搭配新版扣具。

3、内存可支持DDR5-4800或DDR4-3200。

4、显卡插槽支持PCIe 5.0。

5、CPU与芯片组之间的总线设计为X8 DMI 4.0(相当于PCIe 4.0 X8)

6、SATA接口数量可支持8个。

7、芯片组的PCIe通道数达到28条。

8、芯片组的PCIe通道中有12条可支持PCIe 4.0,其他为PCIe 3.0。

9、芯片组引出的PCIe 插槽支持X4+X4模式以在一根插槽上支持2个M.2 SSD。

这次用来辅助讲解的是ROG MAXIMUS Z690 HERO,这块板子上基本可以看到Z690上所有的特性。

MAXIMUS Z690 HERO PCB焊得相当满,可以讲的内容也不少。

主板的金属装甲主要覆盖了CPU散热、M.2 SSD、芯片组和音频部分。

先来看一眼这次的主角,Intel Z690 芯片组,依然是Intel一贯的风格,做得较为低调。

相比于温度高到需要被动散热辅助的初代X570芯片组,Z690芯片组的发热量明显是比较低的,只需要一块比较厚实的铝制散热片即可完成散热。

同时,文中还会用到ROG STRIX Z690-A GAMING WIFI吹雪 D4作为补充。

CPU基本规格变化:

大家首先关注的肯定就是Intel 第12代酷睿CPU的规格部分,Intel官方PPT中提到了四点核心变化,翻译过来如下:

1、采用Intel 7芯片组制程(原10nm)。

2、首次引入大小核混合架构。

3、全新架构,单核性能提升19%。

4、新的内部架构提升全核性能。

除了PPT中提到的内容,从主板的角度来看最大的区别就是采用了LGA 1700 CPU底座。

这是Intel自2009年发布LGA 1156再次质变更新CPU底座(LGA 1200实际变化很小),带来了大量的规格变化。

LGA 1700 CPU底座大致架构还是沿用之前LGA 115X的安装方式,不过从外形上就可以看到CPU从正方形变成了长方形。

主板与CPU的接触方式不变,还是针脚在主板上,触点在CPU上。这已经是CPU的经典设计,AMD AM5上也会跟进。

这边让我们直接对比一下两代CPU的整体外观,可以看到CPU的宽度保持一致,但是长度增加,整体尺寸从37.5mm*37.5mm改变为37.5mm*45mm。

从背面电容来看,第11代酷睿与第12代酷睿的核心大小也有明显区别,第12代酷睿明显CPU尺寸更大。

我们放大之后看,可以看到第12代酷睿的触点更为密集,PCB的布线看起来也更为复杂。

此图中左边为第12代酷睿,右边为第11代酷睿,所以就有一个比较让人费解的问题,第12代酷睿的PCB变得更薄了。

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这是一个非常要命的问题,后面会进一步讲解。

CPU的放在主板上的照片如下,可以看到防呆口从原来的2个变成4个。

CPU散热器变化:

CPU散热器扣具也有了巨大的变化,CPU安装孔距从75mm*75mm变更为78mm*78mm。

华硕为了避免大家在使用原有CPU扣具出现不能安装的尴尬,在主板上同时提供了新版LGA 1700的安装孔位和旧版LGA 115X的安装孔位。

Intel之所以修改散热器孔距,倒并非单纯是科技以换壳为本,目前了解到的原因如下:

1、CPU安装高度降低,从7.312-8.249mm,降低到6.529-7.532毫米。

2、CPU底座的安装方式从三颗螺丝固定改为四颗螺丝固定,背面的背板也做了重新设计。

3、LGA 1700 CPU的整体长度变长、PCB变薄,所以散热器厂商的压力克数安规从75~80g降低为50g。

图中是使用旧版115X背板安装的示意图,可以看到会利用主板靠内的4个螺丝孔。

2张对比图中还是可以感觉的到CPU整体高度是降低的。

由于华硕主板提供了更广泛的散热器扣具支持,这边就找了8个相对比较典型的散热器背板来对比一下新旧版本扣具使用在LGA 1700主板上会遇到哪些情况。

由于散热器扣具基本都是代工产品,所以找出这些背板已经具有很大的覆盖面,可以基本扫描一下现在市面上散热器的支持情况。

图中第一排左起分别是乔思伯水冷1700新版背板、ROG RYUJIN II 360旧版背板、ROG RYUJIN II 360新版背板、公版方案1700新版背板。

图中第二排左起分别是泽洛P4旧版背板(常见方案)、猫头鹰LGA 115X背板、乔思伯风冷旧版背板、公版方案旧版背板。

旧版扣具与主板接触位置的特写。

新版扣具与主板接触位置的特写。

先用猫头鹰这家大厂的扣具产品来测试看看。

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我这里也找了一片LGA 115X主板来做测试,可以看到旧版背板安装在115X主板上,背板的开孔刚好对应115X主板螺丝突出的部分。

从侧面看过去也能看到背板与主板的贴合相当好。

将猫头鹰的旧版背板放在Z690主板上,就可以看到背板开口与主板的背板就不能对应了。

从侧面可以看到这次LGA 1700 CPU底座的螺丝在背面突出的很少,但是背板相对较厚,所以背板与PCB就不能完全贴合了。

接下来让我们看看其他背板的使用情况,首先是乔思伯的新版水冷背板。这块背板是比较严格按照LGA1700的规范来开的,贴合度也是最好的。

ROG RYUJIN II 360旧版背板,这是水冷中比较常见的一种背板,由于中间留出的开孔特别大,可以直接兼容使用。

ROG RYUJIN II 360新版背板,从背后看上去是挡到螺丝的。

但是从侧面就可以看到,这种背板架高了很多,所以不会出现不良影响。

乔思伯风冷的旧版背板,也是会卡到,不能完全贴合,但这种结构一般会有一个很长的螺丝,类似猫头鹰的背板,总体影响很小。

公版的旧版背板,可以看到中心部分架高比较多,所以贴合上也没问题。

这个背板还有一个针对LGA 1700的新版本,我也买了一套。

新旧版本的主要区别是母头的部分加长。这主要是因为Z690主板基本都是6层 PCB起步,8层板都非常普遍。适当加长可以保证母头可以完全穿过PCB板。

最后是泽洛P4上的旧版背板。这个也是见过好多次的方案。由于这个方案他是按照115X主板CPU底座的背板开的挖槽,放在LGA 1700上就很不好用了。

从正面可以看到螺丝的母头已经够不到主板PCB。

当我们用旧版的散热器扣具(猫头鹰)压板去适配LGA 1700孔距的背板(乔思伯)时,可以看到不带腰圆孔的压板是无法正产安装上去的,

所以结论也就有了,如果想要用旧版扣具来支持LGA 1700主板只要满足以下几个条件即可:

1、当主板不支持旧版扣具时,如果背板的安装孔位可以在LGA 115X和LGA 20XX之间移动,则可以选择卡在中间实现背板的支持。

2、当主板不支持旧版扣具时,散热器本体的压板则需要有腰圆孔才可以支持。(例如图中镍黑色部分)

3、当主板支持旧版扣具时,一般都可以使用。但是当背板上有螺丝母头且不能正常穿板时可能会刮擦主板PCB造成一定风险。

4、由于压力克数不同,LGA 115X有较大概率获得更好的散热性能。

5、最后还是要强调,由于第12代酷睿CPU扣具安规上要求较低的压力克数,使用旧版扣具损坏CPU的概率会增加。

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主板供电部分介绍:

接下来看一下第12代酷睿的供电部分变化。根据Intel的资料,这一次第12代酷睿CPU的PL2为241W,而且从PPT上的表述来看,CPU会根据电脑配置在125W至241W之间选择合适的全核功率。

我们以i9-11900K非AVX功耗160W~180W来衡量,i9-12900K的极限功耗大了60W~80W,而且Intel等于将CPU性能的决定权交给主板,这就迫使主板厂商必须堆足够高的供电才能让Z690可以正常跑满i9-12900K的性能。

所以我们目前看到Z690普遍将主板供电的起始线放在14~16相,并以16相为主流规格。

我们还是以MAXIMUS Z690 HERO为例,主板的CPU供电为20+1+2相。

为了让供电散热更加通畅,电感之间保持较大的间距,使得CPU供电铺满了常规CPU供电的位置。

CPU VCCSA的2相只能踢到M.2 SSD插槽的位置。

CPU供电的PWM控制芯片来自瑞萨Renesas,型号是RAA229131。这颗芯片似乎是整个行业的通用方案,只要是用到19或20相供电的Z690基本都是用这颗芯片。

应该是之前的主板都没有这么高的供电需求,所以是为第12代酷睿专门设计的一款PWM控制芯片。

CPU供电的输入电容为富士通FP10K固态电容(270微法 16V);供电MOS为每相1颗DrMOS,型号为ISL99390,额定电流90A;供电电感为每相1颗贴片式封闭式电感(R23);输出电容为富士通FP10K固态电容(560微法 6.3V)。

CPU的VCC供电部分为2相,通过一颗M2940A芯片控制。输入电容为钽聚合物电容(56微法 16V);供电MOS为每相1颗DrMOS,型号为MP86992,额定电流70A;供电电感为每相1颗贴片式封闭式电感(R33);输出电容为富士通FP10K固态电容(560微法 6.3V)。

虽然现在CPU供电的规格已经尽可能堆高,但是发热量依旧十分感人,所以对主板散热的依赖也是与日俱增,可以看到MAXIMUS Z690 HERO使用了大型的热管散热片,并对主板供电MOS和电感都搭配了导热垫。

从CPU供电的拆解来看,MAXIMUS Z690 HERO的CPU供电设计是力度相当大的,过去不怎么受重视的VCC供电都直接上70A的MOS。

也可见目前主板行业内卷严重,每家都会尽可能把供电部分做好做足,自然也就很难拉开差异。

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DDR5内存介绍:

DDR5内存是在Intel 第12代酷睿中首次引入到桌面级平台。我们又再一次迎来了内存的更新换代。

DDR5目前看到主要的新特性如下:

1、默认频率从DDR4时代的2133~3200MHZ提升到DDR5 4800。

2、内存的电压控制放在内存条的PMIC芯片上,主板只提供固定的供电电压。

3、引入了XMP 3.0,丰富了XMP超频的相关功能。

4、DDR4 4800的产品预设延迟可以达到CL19,DDR5 4800默认则为CL40。同频下DDR4内存性能会高于DDR5。

5、DDR4内存依然可以通过使用Gear 1模式获取更好的内存性能,第12代酷睿官方标准的切换点是DDR4-3200,高于这个频率就会自动切Gear 2。

Z690主板上依然提供的是双通道内存,所以内存插槽一般为2个或者4个。

通过对比可以看到DDR5和DDR4在外形上很明显的区别就是内存防呆口的位置不同。

另外一个重要的变化就是内存供电方式的大改,现在内存是直接从主板获取5V的供电,由内存上的PMIC模块来实现变压,所以主板上的内存供电部分也就退化为为内存提供稳定干净的电流即可。

MAXIMUS Z690 HERO的内存供电设计就变为相当简单,输入电容为富士通FP10K固态电容(560微法 6.3V);供电MOS为每相2颗一上一下MOS,型号为安森美4C10C;供电电感为每相1颗贴片式封闭式电感;输出电容为富士通FP10K固态电容(560微法 6.3V)。

DDR5内存的真身就是这个样子,可以看到内存中间多出了一个变压模块。这个PMIC模块就负责将主板的5V供电变成适合DDR5内存使用的电压。默认为1.1V,一般XMP下会在1.2V~1.35V之间。

从目前看到的资料来看,DDR5内存要实现高频运行限制条件相当多。不给CPU内部的VCCSA加压是有困难的,这点与ZEN1时代有些类似。

另外如果是插满4根内存尤其是4根双面内存的时候,DDR5在此时基础的安规标准是运行DDR5-3600。4根DDR5内存要超频会非常困难,只能认为DDR5内存尚未完全成熟。

从目前看到的行业趋势来看,在整个2020年,DDR5内存的出货量也不会超过30%,而且由于目前芯片行业生产能力紧缩,这个数字很可能更低,所以DDR5正式普及的元年大概率还是会在2023年。

供货紧张自然就导致价格高企,所以价格昂贵,性能表现并没有优势的情况下,第12代酷睿使用DDR4其实并没有明显缺点。

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PCIe和M.2规格介绍:

接下来就到了主板的PCIe和M.2插槽。由于在Z690主板上,CPU支持PCIe 5.0,芯片组支持PCIe 4.0和PCIe 3.0,所以这是首次会在一张主板上出现三种PCIe规格共存共用。

从性能上来看,PCIe这些年基本以每代性能翻一倍的节奏进行升级,所以PCIe 5.0的带宽为PCIe 4.0的2倍,一条X16全速的显卡插槽带宽达到了128GBS,也就是一秒可以写完一个128G SSD。

不过Z690在这一代将过去PCIe X16拆分方式减为只能做8+8,而不能做8+4+4,限制相对更多了一些。

MAXIMUS Z690 HERO大致可以代表高端Z690普遍的规格选择,主板上提供三条PCIe,分别为PCIe 5.0 X16、PCIe 5.0 X8、PCIe 4.0 X4+X4。

MAXIMUS Z690 HERO是支持显卡插槽的X16通道拆分为X8+X8,所以在PCIe 5.0 X16插槽两边可以看到4颗PCIe信号拆分芯片和2颗PCIe信号中继芯片,说明PCIe 5.0原生的信号只够走到PCIe 5.0 X16插槽的位置,再远就要有中继强化信号。

PCIe信号拆分芯片型号为TI的DS160PR410,PCIe信号中继芯片DS160PR412。

从芯片DATASHEET中发现一个很有意思的细节,这两颗芯片的规格书都是写针对PCIe 4.0使用,但华硕可以直接用在5.0上。

所以似乎这次PCIe 5.0与前代PCIe 4.0的区别并不算很大?

另一个旁证是主板最后一条PCIe 4.0 X4+X4插槽的信号中继芯片也是DS160PR412,看来是完全通用的。

那么之前开篇就提到Z690芯片组支持将PCIe插槽拆分为X4+X4来使用,这就需要搭配MAXIMUS Z690 HERO附赠的ROG Hyper M.2扩展卡来实现。

打开ROG Hyper M.2扩展卡就可以看到上面有2个M.2 SSD的插槽,所以在使用最后1根PCIe插槽时就可以同时使用2个PCIe 4.0 M.2 SSD。同时当他插在PCIe 5.0 X8插槽时又可以实现支持1个PCIe 5.0 M.2 SSD的功能,一张卡可以实现2种用途。

从图中可以看到扩展上的M.2 SSD可以通过正面的散热片和背面的PCB实现散热。

对于功耗日渐膨胀的M.2 SSD,华硕在ROG Hyper M.2扩展卡上也做了相对细致的供电方案,把PCIe 供电的12V变压为3.3V。供电控制芯片为ICS L0452BIL。

供电部分为1相,供电MOS为2上2下的安森美4C06B,电感为一颗贴片电感,输入输出电容均为聚合物电容。

Z690 吹雪则有明显的区别,PCIe插槽分别为PCIe 5.0 X16、PCIe 3.0 X1、PCIe 3.0 X4+X4。可以看到并不支持PCIe 5.0显卡插槽通道拆分,同时芯片组比较有限的12条PCIe 4.0也做了重新的规划,这是目前中端Z690比较常用的配置方法。

不过ROG的优势体现在最后一条PCIe,虽然是3.0但也做了X4+X4的规格,这样整个主板可以直接安装的M.2 SSD数量会达到6个。

接下来看一下主板上的M.2 SSD是如何配置的,规格上合计是1*PCIe 4.0(CPU)+3*PCIe 4.0(PCH)+1*PCIe 3.0(PCH)。

如前文的介绍,MAXIMUS Z690 HERO主板上带的M.2 SSD插槽相对数量较少,为3条,配合ROG Hyper M.2扩展卡来凑满5个插槽。

主板上的插槽上面靠近CPU的位置为CPU直联通道的PCIe 4.0 M.2插槽。图中靠下的2条,带背面散热是PCIe 4.0,不带的是PCIe 3.0。

Z690 吹雪上整体上是1*PCIe 4.0(CPU)+3*PCIe 4.0(PCH)。吹雪的思路更普遍一些,即将主板上把所有的PCIe 4.0转化为4个M.2 SSD插槽。

华硕在MAXIMUS Z690 HERO上为每一个PCIe 4.0 M.2插槽都配备了双面的散热片,尽可能保证散热效果。

主板上的M.2 SSD插槽一般会看到2个比较有意思的特别设计。

第一是在M.2 SSD背面增加一块散热片和导热垫来强化散热,这个前几代也有看到。

第二是支持新版的免工具安装M.2 SSD,只需要旋转卡扣即可实现安装。

上图中可以看到只要通过调整塑料卡扣的位置即可实现支持不同长度的M.2 SSD。

但是需要注意的是下面旋转的塑料柱不是圆形的,我们需要让顶部的直线凹槽与M.2 SSD插槽平行才能取出卡扣。

安装后大致是这个样子。

由于M.2 SSD根据PCB背面是否存在料件,有单面与双面两种规格。

华硕的背面散热器主要是为双面SSD提供散热,单面SSD与导热垫不会直接接触。

不过单面M.2 SSD也只有正面有发热元件,所以对兼容性有所取舍也算是合理。

对于背面没有散热片的插槽,主板厂商一般会提供一个橡胶垫,他的主要作用主要是避免PCB较软的M.2 SSD被正面的散热片过度挤压导致PCB压弯变形。

这里主板一般都是默认安装适合双面M.2 SSD使用的橡胶垫,如果使用单面M.2 SSD可将附件中垫高用的橡胶垫贴上,保证固定效果。

在装机后的电脑中要拆卸显卡,最大的麻烦就是显卡插槽的卡扣很难按到。所以华硕从前几代就开始提供一个小附件。

平时可以作为显卡支撑架,在需要拆卸显卡时也可以用来帮助按到显卡插槽的卡扣。

现在显卡背板几乎成为中高端标配,当显卡背面做的越夸张越复杂,显卡对显卡插槽卡扣的遮挡就约严实,所以华硕又推出了ROG 显卡易拆键(Q-Release)。

拆解后可以看到这个结构就是用一根钢丝绳连接到显卡插槽卡扣,按下按键就可以带动卡扣被解除。

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Z690后窗IO介绍:

接下来来看一下主板后窗的IO接口规格又有何变化。从图中左起分别为清理BIOS+BIOS FlashBack按钮、HDMI 2.0、USB 2.0+雷电4、2.5G网线+USB 2.0+雷电4、USB 3.2 Gen2(10G)*2+USB 3.2 Gen2 TYPE-C(10G)、USB 3.2 Gen2(10G)*4、WIFI6E天线、3.5音频*5+音频光纤。比较特别的是提供了2个雷电4接口。

主板对应的芯片也是用一样的顺序来介绍,首先看到的就是BIOS FlashBack相关的料件。上方有BIOS字样的芯片就是用于实现BIOS FlashBack功能的控制芯片,型号为AI1315-A1。

HDMI通过PS8209A芯片来控制,从而可以运行在HDMI 2.0下。

MAXIMUS Z690 HERO主板还支持雷电4接口,对应的芯片就是图中的X120H529。

同时为了实现PD供电功能,还用到了一颗CYPD6227-9芯片。

雷电4上面的2个USB 2.0接口是通过AU6260这颗芯片桥接出来的。

主板第三个USB TYPE-C则是通过ASM1543来控制,提供USB 3.1(10Gbps)速度。

Intel在Z690上把有线网卡的建议规范提升到2.5G,对应华硕MAXIMUS Z690 HERO主板上的型号为S1183L29。

无线网卡则使用了可以支持WIFI 6E的Intel AX210NGW,算是目前旗舰的配置。

简单看一下主板的音频部分,可以看到华硕采用的是目前高端主板常见的配置方式,音频系统的主芯片是ALC4082,是目前螃蟹声卡中最好的方案。

音频的解码部分也是由ESS的9018芯片来独立完成。

主板背面可以看到一颗OPA2836用来保证耳机的推力。

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板载插座介绍:

最后来看一下Z690会出现哪些板载的插座。CPU的外接供电为2*8PIN,由于第12代酷睿的功耗依然很高,所以供电需求很大。

在靠内存插槽的位置则有1*CPU FAN插座+3*CHA FAN插座和主板DEBUG 80灯。

华硕主板上配有ASUS HYDRANODE芯片,可以使风扇插座在一拖三时还可以独立控制各个风扇,等于让主板可控制的风扇数量直接多1~2倍。

在内存插槽这一侧,图中左起为前置USB TYPE-C Gen 2X2、外接PCIe 6PIN、主板24PIN、主板重启按键(FLEX Key,可在BIOS中调整功能)、电源开关、RETRY BUTTON(主板完全断电)、RGB 5V插座。

GL9905芯片用于实现主板前置接口可以支持USB TYPE-C Gen 2X2,是目前USB规格的天花板。

靠芯片组的位置则有卧式前置USB 3.0*2和SATA 3.0*6。这个区域的接口对速度要求相对较低,所以华硕就尽可能在这里节约PCIe通道的消耗。

为了节省主板通道只需要一个PCIe通道就可以转接4个USB 3.0接口。

ASM1061芯片则用于实现一拖二转接SATA 3.0。

来到与PCIe插槽平行的一边,靠芯片组这一侧图中左起为前置USB 2.0*2、CHA FAN*1、水冷控制区、机箱前置面板插座。

靠近音频模块一侧,图中左起为前置音频、12V RGB*1、5V RGB*2、CHA FAN*3。

MAXIMUS Z690 HERO同样支持神光同步,通过一颗AURA芯片控制。

主板的监控I/O芯片为NCT6798D是华硕的常驻料件。

MAXIMUS Z690 HERO也支持TPU芯片,来实现更多的超频功能。

简单总结:

总体来说,Intel在第12代酷睿平台上下了大量的功夫,甚至给人一种毕其功于一役的感觉,CPU、PCIe、M.2,甚至是网卡都做了新的规范来提升整体规格,可以说为了做到一击必杀AMD的X570芯片组也是煞费苦心。

不过主板平台的内卷也是愈演愈烈,这在主板CPU供电上就显得十分明显,CPU高达240W的功耗需求使得瑞萨的供电方案几乎一统各个品牌的主板。

从主板的角度去看,MAXIMUS Z690 HERO和ROG STRIX Z690-A GAMING WIFI吹雪 D4都做了很多打磨,不仅将Intel规范中提供的可挖掘部分尽可能体现在主板上,还增加了诸如ROG 显卡易拆键(Q-Release)之类的板载功能和重新打磨设计的ROG Hyper M.2扩展卡,在这个已经相当内卷主板市场中需求突围,找到一定的差异化。

虽然现在仍然会自己动手装机体验其中乐趣的人已经越来越少,但是像华硕这样的厂商在做出诸多改进的依然值得肯定。



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