AMD B650 Expansion Card: όταν το chipset γίνεται... κάρτα επέκτασης

Η ιδέα: το chipset ως PCIe συσκευή

Η βασική ιδέα είναι απλή αλλά επαναστατική: να χειριστούμε το AMD 600/800 series chipset, συγκεκριμένα το Promontory 21 που χρησιμοποιείται ως southbridge στις πλατφόρμες AM5, ως έναν τυπικό expansion controller. Η κάρτα χρησιμοποιεί ένα PCIe 4.0 x4 uplink για να παρέχει:

• Δύο M.2 slots (ηλεκτρικά PCIe 4.0 x4)
• Τέσσερις θύρες SATA III (6 Gb/s)
• Μία θύρα USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gb/s)

Το κρίσιμο σημείο; Η κάρτα λειτουργεί τόσο σε AMD όσο και σε Intel πλατφόρμες, αρκεί να υπάρχει ένα διαθέσιμο PCIe 4.0 x4 slot. Αυτό ανοίγει νέες δυνατότητες για customization και επαναχρησιμοποίηση εξαρτημάτων.

Τεχνικά χαρακτηριστικά και επιδόσεις

Το AMD Promontory 21 chipset, που κατασκευάζεται από την ASMedia για λογαριασμό της AMD, έρχεται σε 19×19 mm FCBGA package με μέγιστη κατανάλωση 7W. Ένα μόνο chip παρέχει:

• Μία PCIe 4.0 uplink σύνδεση προς το CPU (ή το primary chipset)
• Δύο PCIe 4.0 x4 downlink controllers (συνολικά 8 lanes)
• Τέσσερις θύρες SATA III
• Έξι θύρες USB 3.2 Gen 2 (10 Gb/s), δύο μπορούν να συνδυαστούν για μία USB 3.2 Gen 2x2 (20 Gb/s)

Τα benchmark results επιβεβαιώνουν εξαιρετική απόδοση:

• PCIe 4.0 SSDs: Sequential read πάνω από 6.900 MB/s, write πάνω από 6.400 MB/s
• SATA drives: Σταθερές ταχύτητες πάνω από 500 MB/s για read και write
• USB 3.2 Gen 2x2: Sequential read πάνω από 2.000 MB/s, write πάνω από 1.900 MB/s

Η αρχιτεκτονική των AMD chipsets: μια έξυπνη επιλογή

Για να καταλάβουμε γιατί αυτό το project είναι δυνατό, πρέπει να δούμε πώς η AMD σχεδίασε την αρχιτεκτονική των AM5 chipsets.

Οι μητρικές πλακέτες X670/X670E χρησιμοποιούν δύο Promontory 21 chipsets σε daisy-chain διάταξη. Το πρώτο συνδέεται με το CPU, και το δεύτερο συνδέεται με το πρώτο. Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα:

• Οικονομία κλίμακας: Η AMD μπορεί να παράγει μαζικά ένα μόνο chip design
• Διασπορά θερμότητας: Δύο chips των 7W είναι ευκολότερα στο ψύξιμο από ένα chip των 14W
• Ακεραιότητα σήματος (signal integrity): Το πρώτο chip λειτουργεί ως repeater για το δεύτερο, εξαλείφοντας την ανάγκη για επιπλέον retimers
• Ευελιξία: Οι κατασκευαστές μπορούν να τοποθετήσουν τα chips σε διαφορετικά σημεία του PCB

Οι B650 μητρικές χρησιμοποιούν μόνο ένα Promontory 21, ενώ οι οικονομικότερες A620 χρησιμοποιούν είτε defective Promontory 21 chips με απενεργοποιημένα features (σύμφωνα με αναφορές), είτε το μικρότερο Promontory 22.

Το ASRock X670 Xpansion Kit: το εμπορικό προηγούμενο

Αυτό δεν είναι η πρώτη φορά που κάποιος σκέφτηκε να προσθέσει ένα chipset μέσω expansion card. Η ASRock παρουσίασε τον Ιανουάριο του 2023 το "X670 Xpansion Kit" για τη μητρική πλακέτα B650 LiveMixer, ένα ειδικό review sample που δεν κυκλοφόρησε ποτέ εμπορικά.

Το ASRock kit περιλάμβανε:

• Δύο M.2 slots (PCIe 4.0 x4)
• Μία θύρα 10 Gigabit Ethernet
• Τρεις θύρες USB Type-A (10 Gb/s)
• Μία θύρα USB Type-C (10 Gb/s)
• Δύο SATA connectors

Η βασική διαφορά με το ASRock kit ήταν ότι απαιτούσε ειδική μητρική πλακέτα με επιπλέον control line σύνδεση πέρα από το PCIe slot, καθώς και custom firmware support. Η ASUS ακολούθησε παρόμοια προσέγγιση με το ROG Strix X670E-I Gaming WiFi mini-ITX motherboard, τοποθετώντας ένα X670 chipset σε M.2 daughterboard.

Το open-source project: ελευθερία και προσβασιμότητα

Το "AMD B650 Southbridge Expansion Card" του wesd διαφέρει ουσιωδώς επειδή είναι πλήρως open-source και λειτουργεί ως standalone PCIe device χωρίς να απαιτεί ειδική μητρική πλακέτα.

Τα schematics, η λίστα υλικών και οι οδηγίες κατασκευής είναι διαθέσιμα δωρεάν στο OSHWHub. Σύμφωνα με τον δημιουργό, μπορείτε να αναπαράγετε την κάρτα για περίπου 300 yuan (σχεδόν $42-43).

Προϋποθέσεις χρήσης

Η κάρτα απαιτεί:

• Firmware flashing με ειδικό firmware για σωστή λειτουργία
• Το firmware δεν είναι δημόσια διαθέσιμο, αλλά μπορεί να ληφθεί δωρεάν μέσω της QQ group του δημιουργού
• Ένα διαθέσιμο PCIe 4.0 x4 slot στο σύστημά σας

Παραγωγή μέσω JLCPCB

Αν και η κάρτα δεν είναι εμπορικά διαθέσιμη, το OSHWHub έχει ενσωματωμένες υπηρεσίες κατασκευής μέσω της αδελφής εταιρείας JLCPCB. Μπορείτε να παραγγείλετε απευθείας custom hardware χρησιμοποιώντας τα design files που μοιράζονται στο OSHWHub.

Πρακτικές εφαρμογές και περιορισμοί

Πότε είναι χρήσιμη αυτή η κάρτα;

• Mini-ITX builds: Οι μικρές μητρικές συχνά θυσιάζουν M.2 slots και SATA θύρες. Αυτή η κάρτα μπορεί να προσθέσει δύο M.2 slots χωρίς να χρησιμοποιήσει τα υπάρχοντα PCIe lanes του chipset.
• NAS builds: Τέσσερις επιπλέον SATA θύρες και δύο M.2 slots είναι ιδανικά για NAS setups.
• Workstations: Περισσότερες επιλογές αποθήκευσης και η USB 3.2 Gen 2x2 θύρα είναι χρήσιμες για content creators.
• Intel platforms: Η δυνατότητα να προσθέσετε AMD chipset functionality σε Intel σύστημα είναι μοναδική.

Περιορισμοί

• Bandwidth bottleneck: Όλα τα devices στην κάρτα μοιράζονται το PCIe 4.0 x4 uplink (~8 GB/s ανά κατεύθυνση). Αν χρησιμοποιήσετε ταυτόχρονα πολλές συσκευές σε πλήρη ταχύτητα, θα υπάρξει bandwidth contention.
• Mechanical constraints: Η κάρτα χρειάζεται ένα PCIe 4.0 x4 slot, αν η μητρική σας έχει μόνο x1 slots εκτός του primary x16, δεν θα μπορέσετε να την χρησιμοποιήσετε.
• Cooling: Το Promontory 21 έχει TDP 7W, άρα χρειάζεται κάποια μορφή ψύξης. Το ASRock kit χρησιμοποιούσε passive heatsink.
• Firmware complexity: Η ανάγκη για custom firmware και η έλλειψη επίσημης υποστήριξης σημαίνει ότι αυτό δεν είναι plug-and-play λύση.

Το μεγαλύτερο ερώτημα: γιατί να το κάνεις αυτό;

Από οικονομική άποψη, η απάντηση δεν είναι πάντα ξεκάθαρη. Για τα $42-43 του chipset πρέπει να προσθέσουμε:

• Κόστος PCB κατασκευής (~$20-40 ανάλογα με ποσότητα)
• Ψύκτρα (~$5-10)
• Χρόνος assembly και testing
• Firmware setup

Το συνολικό κόστος μπορεί εύκολα να φτάσει τα $80-100, όταν ένας απλός PCIe SATA/M.2 multiplexer chip κοστίζει λιγότερο και είναι plug-and-play.

Η αξία βρίσκεται στην ευελιξία και το learning experience:

• Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε salvaged chipsets από κατεστραμμένες motherboards
• Μπαίνετε σε ένα open-source hardware community
• Κατανοείτε καλύτερα την αρχιτεκτονική των σύγχρονων PC
• Μπορείτε να προσαρμόσετε το design στις ανάγκες σας

Το μέλλον: modular PC architecture

Αυτό το project είναι περισσότερο από ένα clever hack, είναι μια ματιά στο μέλλον όπου το PC hardware είναι πιο ευέλικτο, customizable και αναβαθμίσιμο.

Η δυνατότητα να αποσυνδέσουμε το chipset functionality από το CPU ανοίγει συναρπαστικές δυνατότητες:

• Extended lifespan: Παλιές μητρικές με περιορισμένα I/O μπορούν να πάρουν νέα ζωή
• Cross-platform functionality: AMD τεχνολογία σε Intel συστήματα και αντίστροφα
• Component reuse: Broken motherboards δεν είναι πια e-waste, τα chipsets τους μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν
• Experimental builds: Enthusiasts μπορούν να πειραματιστούν με daisy-chaining πολλαπλών chipsets

Η παράδοση της ASRock: upgradeable motherboards

Η ASRock έχει ιστορία με τέτοιες καινοτομίες. Παλιοί tech enthusiasts θυμούνται το K8 Upgrade 760GX motherboard από τα πρώτα χρόνια της εταιρείας. Ξεκίνησε με AMD Socket 754 αλλά περιλάμβανε ένα ειδικό (κίτρινο) expansion slot όπου μπορούσε να εγκατασταθεί αργότερα ένας Socket 939 adapter card.

Αυτή η φιλοσοφία των αναβαθμίσιμων μητρικών πλακετών παραμένει στο DNA της ASRock, αν και η εμπορική βιωσιμότητα τέτοιων προϊόντων παραμένει αμφίβολη. Όπως επισημαίνουν αναλυτές, οι πελάτες που αγοράζουν X670-class boards συνήθως το κάνουν για άλλα features (καλύτερα VRMs για overclocking) παρά για επιπλέον PCIe lanes.

Συμπέρασμα: ένα project για enthusiasts

Το "AMD B650 Southbridge Expansion Card" δεν είναι μια mainstream λύση. Είναι ένα project για hardware enthusiasts που θέλουν να πειραματιστούν, να μάθουν και να επεκτείνουν τα όρια του τι είναι δυνατό με τον PC hardware.

Αποδεικνύει ότι με ανοιχτά schematics, τη σωστή expertise και λίγη creativity, μπορούμε να αναπροσανατολίσουμε components με τρόπους που οι original manufacturers δεν είχαν φανταστεί.

Καθώς η open-source κοινότητα συνεχίζει να εξελίσσει αυτήν