Qui n’a pas rêvé d’avoir un ordinateur puissant capable de le suivre ? Bienvenue dans les années 80, avec les premiers laptops Compaq ! Dans un futur pas si lointain, les laptops sont partout. Ils sont presque glamour. Mais qui cherche un tant soit peu de puissance trouvera surtout des prix aux sommes bien rondelettes. Après 3 laptops sympathiques mais poussifs sur leurs dernières années, me revoilà à envisager l’achat d’un équipement que je peux balader. Pour voir le cycle se répéter ?

Force est de constater, mon ordinateur de bureau n’est pas plus jeune et pourtant, ses performances résistent bien mieux au temps qui passe. Sa batterie ne s’use pas. Son alimentation ne se débranche pas spontanément. Sa carte réseau continue d’être supportée. Je ne m’arrache pas les cheveux sur son bluetooth, ou son support hasardeux d’un dock plutôt qu’un autre. Quand on sait l’usage que j’ai de mes laptops en mobilité, c’est à dire assez rarement …eh bien il me faut peut-être plus un ordinateur de bureau transportable matin et soir entre chez moi et le travail.

Faisons l’inventaire. Pas de batterie. L’écran et le clavier seront externes et déjà sur place (bureau, domicile). Doit passer dans un sac à dos, voire mieux, un sac de vélo léger. Le poids est donc un critère mais le volume passe d’abord. Dans tous les cas, il faut préciser un truc : je n’ai pas besoin de GPU. Mon travail ne le requiert pas, et de toute façon j’ai déjà un GPU à la maison sur un serveur que je peux demander à distance au besoin.

Avec ça, une rapide recherche amène à lister les fameux NUC et formats micro.

Malheureusement, si ceux-ci restent moins chers à performance égale à un laptop, ils restent plus chers que des plateformes classiques. Sans parler du fait que beaucoup utilisent des processeurs dans leurs versions mobile (donc rebelotte la performance !), et que leur conception n’est pas modulaire ni ne prête à l’upgrade. Et de toute façon j’ai une carte-mère en mini-ITX qui traîne ! 😆

Plateforme 

Petit point d’étape. Le mini-ITX a recycler, c’est bien. Mais est-ce optimal sur le long terme ? Le but de toute cette configuration est d’optimiser recyclage et capacité à upgrader à moindre coût, après tout. Un modèle assez ancien en AM4 mais que l’on peut doit rafraîchir avec un nouveau processeur possédant un chipset graphique, comme le Ryzen 7 5700G. Cela pose donc plusieurs questions :

• y a-t-il des processeurs plus puissants ?

  Oui mais pas avec iGPU en AM4

• y a-t-il des générations plus modernes de sockets en mini-ITX ?

  Oui, AM5

• ces générations auront-elles encore des APU/iGPU ?

  Oui, le 8500G, le 8700G, ou n’importe quel 9xxx

Globalement, on peut regarder la génération Zen 5 de CPU 9xxx chez AMD pour se rassurer : on trouvera bien des AM5 avec des APUs certes moins puissants (mais je ne cherche qu’à utiliser des moniteurs, pas à jouer…) mais des CPUs bien plus puissants, tout en restant potentiellement dans un TDP contenu. Par exemple le 9600X se trouve à des prix équivalents au 8700G, mais est à la fois plus rapide de 10% et bien moins efficace en iGPU. Tout dépend de si vous voulez faire tourner de petits jeux ou vous concentrer exclusivement sur la performance bureautique (mon cas).

Et Intel dans tout ça ? On a bien les versions K de leurs CPUs, comme le 14600k ou plus récemment le U7 245K. Mais ceux-ci ont un TDP nominal de 125W, trop élevé. Et cela, même si cette génération Core Ultra (Arrow Lake) se repose sur leur génération Lunar Lake optimisée pour laptops ! Il existe bien des Core Ultra 5, 7 et 9 déclinés avec des TDP de 35W (version éco T) et 65W, mais ils n’ont alors pas d’iGPU. Il reste possible de brider la consommation d’un processeur K, chose que l’on explore plus loin lorsqu’on évalue les solutions d’alimentations contenue. Mais en gros : passez votre chemin pour cette génération d’Intel. Et peut-être même la suivante à en croire leur résultats…

Boîtier 

On reste donc dans le mini-ITX, avec pour objectif de réutiliser une B550M-ITX/ac de Asrock. Notez que d’autres cartes-mères permettent l’emploi de boîtiers de plus faible épaisseur encore, comme le standard Thin mini-ITX très bas profil, ou le standard propre à ASRock qui fait l’impasse sur le port PCIe : DeskMini. Aucune idée de si ces plateformes seront encore là dans 5-10 ans cela dit. Alors que dans quelques mois années quand j’aurais envie de mettre à jour ma configuration, il y aura semble-t-il encore plein de mini-ITX.

Tous les boîtiers que j’ai séléctionnés font l’impasse sur une alimentation intégrée. Ils ont donc besoin d’un pico psu pour transformer du 12/20V en toutes les tensions nécessaires à la carte, mais aussi d’un bloc secteur semblable à celui d’un laptop. Certains trouvent ça moche, moi je vois l’économie de volume. J’y reviens plus loin en parlant des potentiels effets de mutualisation.

⚠️ ce n’est qu’une liste non-exhaustive que j’ai réduite à mes choix mais surtout à mes goûts. Une liste plus exhaustive peut se trouver sur https://caseend.com/

En gros en dessous de 20L, les alimentations passent du standard ATX à SFX, souvent plus cher. En dessous de 15L, les GPU sont souvent très contraints en taille. N’espérez pas mettre plus de 250mm de longueur… En dessous de 10L, les alims passent sur des formats particuliers, souvent en GaN. En dessous de 4L oubliez le GPU sauf cas extrêmes, et l’alimentation requiert même un bloc externe en dessous de 3L. Bref, des contraintes.

2.9L Makerunit - 210 x 210 x 66mm 

Boîte de petit volume (2.9L) à imprimer soi-même par Makerunit sur printables en PLA (480g de filament requis ~10€) :

• besoin d’un ventirad de 46mm max (voir ci-après)
• besoin d’un pico psu + bloc externe (voir ci-après)

Peut être modifié pour attacher un SSD 2.5“ au boîtier. Question température on est clairement pas sur l’option la plus efficace.

2.1L Custom-mod - 187 x 190 x 60mm 

view sensitive content

Boîte de petit volume (2.1L) custom-mod SL1 2.1L rev3 (100€ fdpin) en aluminium (0,4kg) :

• besoin d’un ventirad de 43mm max¹
• besoin d’un pico psu + bloc externe (voir ci-après)
• besoin de barrettes de RAM ne dépassant pas 48mm (les miennes font tout juste 34mm)

L’option la plus légère. Capable de mettre un SSD 2.5“ attaché au boîtier.

2.5L Mini-box - 192 x 210 x 62mm 

view sensitive content

Boîte en acier (1.36 kg) trouvable pour ~50€ :

• besoin d’un ventirad low profile (à définir)
• besoin d’un pico psu + bloc externe (voir ci-après)

Capable de mettre jusqu’à deux SSD 2.5“ attachés au boîtier.

3.1L J-Hack - 190 x 250.5 x 66mm 

view sensitive content

La J-HACK Pure Mk2 permet même d’ajouter un GPU. Compter 130€ fdpin vu que ça vient des US. Custom-mod fait des boîtes similaires (239 x 207 x 60 mm pour la SL3m 2.9L), dispo pour 100€ ou au même prix avec des couleurs au choix…

Il n’y a pas de mauvaise option, mais clairement si je veux rester léger dans mes déplacements, autant éviter les boîtiers trop lourds …dommage, j’aimais bien le prix de l’option Mini-box 😬

Avec des volumes aussi contraints, tous les boîtiers requièrent une alimentation sur bloc externe. Un simple module interne, appelé pcio PSU, fait le découpage final des tensions.

Mais avant de parler des pico PSUs, il faut d’abord parler de la puissance du bouzin. On a prévu un 5700G plus haut, qui même si son enveloppe TDP n’est pas sensée dépasser 65W en théorie, peut se permettre 1,35x cette valeur lors d’excursions de moins de 300ms. C’est peu mais c’est suffisant pour déstabiliser plus d’un chargeur, et bien sûr, dépasser les petit pico PSUs de 90W que l’on peut trouver si facilement en ligne. Il ne faut en effet pas oublier que la carte-mère et les périphériques branchés sirotent eux-aussi le jus d’alim !

Alimentation 

Pas de PSU dans le boîtier = moins de chaleur à dissiper, mais aussi un bloc secteur à se trimballer ! Sauf si… on mutualise ça avec un bloc secteur pour téléphone. Mais si, vous savez, ces blocs de charge rapide, si gros mais si pratiques. Ils envoient pas mal de puissance dernièrement, pour des recharges en 30min (!) top chrono. C’est souvent grace à des standards qu’ils peuvent fonctionner. Voyons voir s’ils sont assez puissants.

Standards de charge USB Type C 

On a essentiellement QuickCharge de Qualcomm et Power Delivery de l’USB Promoters Group. Ils ont connu plusieurs versions.

QuickCharge 1.0 allows up to 6V, up to 2amps QuickCharge 2.0 allows 5v, 9v, 12v, and 20v, up to 3amps QuickCharge 3.0 allows 3.6v to 22v, up to 4,6amps QuickCharge 4.0 becomes compatible with USB Power Delivery, up to 5 amps

Niveau comptibilité entre standards et téléphones, c’est pas toujours ça, surtout depuis 2015/2016 où pas mal de variantes de marques ont émergé, et restent encore très utilisées:

Compatible with/based on QC:

• TurboPower (Motorola)
• Mi Fast Charging (Xiaomi / Redmi)
• Adaptive Fast Charging (Samsung)
• BoostMaster (Asus)
• Dual-Engine Fast Charging (Vivo)

Proprietary:

• VOOC (Oppo)
• SuperCharge (Huawei) <– c’est celui de mon Poco X4 Pro 5G 😒
• Dash Charge (OnePlus)
• Pump Express (MediaTek)
• Super FlashCharge (Vivo)
• Dart Charge (Realme)
• XCHARGE (Infinix)

Il y a une limitation du standard USB à 5 amps mais pas de voltage limite. Or les CPUs, même spécifiés à 65W max de TDP, ont tendance à faire des excursions à 1,35x le TDP (35W pour le reste du système + 65 à 65x1,35~=90W) donc 125W. La seule manière de délivrer plus de 100W via USB Type-C est donc d’aller au-delà des 20V, que ce soit en PD ou QC :

USB Power Delivery since rev. 1.0 can only deliver 60W at 12V USB Power Delivery since rev. 1.0 can only deliver 60W-100W at 20V

In May 2021, the USB Promoter Group launched revision 3.1 of the PD specification. Revision 3.1 adds Extended Power Range (EPR) mode which allows higher voltages of 28, 36, and 48V, providing up to 240W of power (48V at 5A) source

Quick Charge 5 can deliver more than 100 watts of power in the same fashion = only through a higher voltage

Un USB PD à 28V à 5A fournit 140W, suffisants pour notre configuration un peu limite à 20V/5A/100W. Reste à négocier avec le chargeur ! Mais quel chargeur au juste fournit cette puissance ? Voir l’exemple de l’excellent et performant Framework 180W (sur YouTube) qui fait bien du 28 et 36V ! Compter 100€ quand même.

Distributeur DC-DC 

Communément appelée « Pico PSU » (attention dans vos recherches, PicoPSU est une marque), il s’agit d’une petite carte qui se trouve à l’intérieur de votre système et qui ressemble souvent à un circuit imprimé rectangulaire sur lequel se trouvent des composants électroniques permettant d’obtenir sur le principe d’alimentation à découpage les différentes tensions requises par votre système.

La tâche du distributeur DC-DC est de diviser le courant continu fourni par l’adaptateur en différentes tensions requises par votre système. Ils ont souvent plusieurs câbles différents avec une variété de connecteurs, un exemple peut être vu ci-dessous :

On trouve 2 types de PSU DC-DC : Direct Plug et monté sur chassis. Le dernier nécessite plus de place à côté de la carte-mère, on l’évitera donc au possible. Mais il permet de gérer de plus grandes puissances (>200W), parfait pour des GPUs.

Partant sur un modèle de PSU de petite taille alimenté par un bloc secteur finissant d’une manière ou d’une autre, on a un large choix d’alimentations produisant du 12V ou du 19V pour notre Desktop de voyage:

• DB1915A (input 16-24V, 200W) ~23€

  8V amplitude pas moyen de jouer avec USB PD/QC

• picoPSU-120 WI 25V (input 12-25V, 120W) ~50€

   >94% Efficiency, 13V amplitude un peu limite niveau puissance cible (125W en excursion)

• HDPLEX 200W DC-ATX Direct Plug (input 12-48V, 200W) ~80€²

   >94% Efficiency, 36V amplitude (!), 220W Peak  fourni avec un Φ7.4x5.0mm femelle pour l’input du PC

On l’a vu, plus l’entrée supportée est élevée, plus on pourra jouer avec le standard USB PD/QC en négociant avec un voltage plus élevé.

Relier les deux 

On distingue l’USB Type C, qui possède une puce E-Mark pour bien négocier la charge, des autres connecteurs plus classiques. Parfois les deux se retrouvent ensemble dans un adaptateur :

Avec négociation 

• Power Delivery Switch

  What is PD Switch? Well, it’s a cable that forces the AC adapter to deliver 20v (or any other voltage) at all times. You can buy on AliExpress for like $10.

Sans négociation 

Pas de négociation de charge mais ça fournit en général le maximum, sans logique intermédiaire. Les tailles standard les plus courantes pour les prises d’alimentation DC sont 2,1 mm et 2,5 mm, en référence au diamètre intérieur du connecteur. Le diamètre extérieur du connecteur varie généralement entre 5,5 mm et 6,5 mm, selon la conception spécifique et le fabricant.

• Coax Φ5.5x2.1mm (standard A slim)
• Coax Φ5.5x2.5mm (standard A)
• Coax Φ4.5x3.0mm (Dell slim)
• Coax Φ7.4x5.0mm (Dell standard)

Barrel jacks/Coax connectors are typically only rated for about 11A max :thinking_face: 11A⎓12V is only 132W 👍 11A⎓19V is 209W

Solutions 

Ce n’est pas parce que ce serait bien de mutualiser un chargeur en USB Type C qu’on ne peut pas fonctionner avec un chargeur plus facile à trouver en coaxial. On a ainsi accès à un large panel de bloc alims de laptops, et surtout un large marché de l’occasion. Parfait pour équiper un bureau si on ne veut pas toujours se trimballer un chargeur, même mutualisé. Les “solutions” sont donc en fait des réponses à un problème que je me suis imposé tout seul.

Peu importe la solution choisie, le système peut aisément être alimenté avec un bloc alim de laptop en coaxial, il faut juste que celui-ci soit assez puissant.

1. utiliser un voltage supérieur (28V) pour atteindre 140W en QC 5.0/PD 2.0 

Another way to approach this, is to buy 12v picopsu (there are a lot more variants available for 12v) and prepare that voltage by using DC buck converter (20v to 12v) between gan charger and picopsu. That way you will loose around 10%watts available on conversion, but then you can use 28v charger (pd.3.1 140w) instead and actually go beyond 100w limit. (source)

Suppose de se balader avec un convertisseur/d’avoir une PSU dite “Wide Range” …mais permet théoriquement d’utiliser plus de chargeurs.

2. utiliser un réglage pour limiter la puissance tirée 

Au prix d’une réduction de performance de 10% (source).

undervolt a bit. Downclock slightly and you’ll get most of the performance for a lower power draw. As an example, consider the datapoint of -0.1375v: this drops the cinebench score from nearly 5000 down to 4000, and reduces total system power consumption from ~137w to ~110w.

Mais il semble qu’une manière plus intelligente que de sous-volter un CPU existe : le PPT (package power tracking), un réglage BIOS synthétique prenant en compte le couple V/Hz et définissant des courbes à adopter pour garder une performance adéquate jusqu’à une limite en Watt. C’est par défaut défini à 88W pour les CPU à 65W de TDP, et 142W pour ceux à 105W de TDP. Le régler permet de réajuster l’ensemble des courbes du couple V/Hz du CPU !

Now consider the datapoint of setting PPT to 48W. This reduces cinebench down to the same ~4000 score, however now system power consumption is ~75w! - so we’re getting the same performance at 35w less system power.

Et pour Intel alors ? On peut prendre un U9 285K (125W) et le faire rentrer par un trou de souris ?

…both P-core and E-core frequency is reduced when TDP is crushed down to 65W, leaving a level of performance consistent with, for example, a Ryzen 5 7600X source

La baisse de performance est intéressante sur le papier : un 7600X est 15% plus rapide qu’un 8700G. Mais un U9 285K coûte 2-3x plus cher qu’un 8700G… qui lui-même est 10% moins rapide qu’un 9600X possédant un iGPU moins puissant mais au prix équivalent.

3. utiliser un chargeur possédant USB C QC/PD et coaxial 

Partant du principe que les chargeurs compatibles sont de toute façon assez rares, et que l’on va devoir en acheter un bien spécifique, autant voir si les chargeurs ne supportent pas d’autres connectiques que le “simple” USB Type-C avec QC/PD.

view sensitive content

Un example assez unique est le chargeur SlimQ F150 (~70€) qui délivre en 20V 150W sur un port DC coaxial Φ5.5x2.5mm assez commun, tout en ayant des ports pour téléphone. Il priorise bien la puissance sur le port DC, et module l’intensité sur les autres ports dans la mesure où l’ensemble ne dépasse pas les 150W nominaux. Des adaptateurs sont disponibles, notamment en Φ7.4x5.0mm.

Synthèse des solutions 

Côté secteur 

Le plus simple est de prendre la solution 3 + un adaptateur coaxial male/Type C femelle avec une puce E-mark (voir connecteurs ci-avant). Ce dernier permet éventuellement de s’adapter à des situations où le chargeur n’est pas présent, mais le reste du temps la solution 3 fournit un barrel jack suffisant.

D’autant que le barrel jack permet de choisir d’autres chargeurs, plus abordables et standards, en 20V, lorsque la mutualisation avec le chargeur de téléphone n’est pas nécessaire (ex: à la maison).

Côté psu 

L’HDPLEX est le seul³ PSU permettant un large gamme d’entrées (input 12-48V) au-delà de 24V, et l’acheter ouvre la possibilité d’alimentations à la fois plus simples (12V) et plus fortes en type-C (PD 28V/5A).

Ventirads 

Niveau ventilateurs, on est contraints par la hauteur du boîtier qui, à 6cm de haut, ne laisse plus grand chose pour notre couple ventilateur/radiateur. Les petits modèles suivants sont d’ailleurs souvent limités dans leur capacité de refroidissement (logique) et indiquent en général ne supporter que des CPU dont le TDP ne dépasse pas 65W.

Jonsbo HX400 (~22€) 36mm de haut

Metalfish DH380 (~23€) 38mm de haut

Thermalright AXP90 X36 (~26€) 36mm de haut⁴

Noctua L9a (~49,90€) 37mm de haut

if you use the am4 backplate, the screws will make [the DH380 and AXP90 X36] taller so it will be better without the plate.

Out of L9a, axp90 x36, and dh380, the dh380 feels and looks the least quality.

Noctua NH-L9a (382 g), Thermalright AXP90-X36 (204 g), JONSBO HP400S (158 g)

The results show that the Thermalright AXP90-X36 has a clear advantage with 1.76% higher scores and 1.74 °C lower temps on average compared to the Noctua NH-L9a. I also tested the AXP90-X36 with two 40x15mm exhaust fans at 40% speed mounted below the cooler (similar to this) and it yielded 2.57% higher scores and 2.10 °C lower temps on average compared to the NH-L9a. So despite being lighter and having less thermal mass than the NH-L9a, the AXP90-X36 performed better likely due to a combination of more heatpipes and optimal vertical fin orientation. source

[…] fin orientation affected the cooling performance more than number of heat pipes

Les deux premières marques sont moins connues, les deux dernières ont bonne réputation. Vu la différence de prix et l’absence de processeur à forte enveloppe (version X à X3D), on peut partir sur l’AXP90 X36 sans risque, surtout vu sa meilleur orientation des dissipateurs à ailettes quand l’ordinateur est positionné à la verticale.

Total 

Pour 300-400€, on peut aisément changer RAM, MB et CPU pour “rafraîchir” la configuration dans quelques années sans changer de spécifications par ailleurs. Et si on se trouve sur une génération de socket indéboulonnable comme AM4, on peut même espérer n’avoir que le CPU à changer, comme ici :

À ce tarif, on peut à peine gratter des laptops équipés de processeurs en version mobile d’il y 3 générations …en occasion …et sans voie d’upgrade. À bon entendeur.