Найти тему
Terrabyte

Ультра-компактный мини-ПК с внешней игровой видеокартой

Оглавление

Друзья, привет!

Увлекшись в последнее время проектированием металлических корпусов small форм-фактора, я, признаться, подзабросил тему подключения внешних видеокарт. По-видимому зря! В сообщениях нашей группы ВК мне практически каждый день приходится отвечать на вопросы, связанные с желанием пользователей подключить видеокарту к старенькому ноутбуку или мини-ПК.

А еще, меня часто просят спроектировать и выложить в открытый доступ проект миниатюрного, но достаточно мощного рабочего ПК или медиа-центра с возможностью подключения, при необходимости, внешней игровой видеокарты.

В сегодняшнем видео я буду решать именно эту задачу. Точнее, две задачи. Во-первых, я подробно расскажу как сделать ультра-компактный, но мощный мини-ПК, толщиной всего 40 миллиметров. А во-вторых, покажу, как легко подключить к нему внешнюю видеокарту, превратив его в игровую станцию.

В качестве бонуса, в конце статьи будет ссылка на все 3D-модели устройства! Пользуйтесь на здоровье! Лайкните — хорошо, не лайкните — спасибо на добром слове!

Комплектующие

Для создания тонкого мини-ПК нам, прежде всего понадобится тонкая материнская плата формата Mini-ITX. Вообще, тут есть из чего выбрать, но мне повезло! Один из наших подписчиков обратил мое внимание на вот этот лот.

Материнская плата ASUS Prime H510T2/CSM OEM
Материнская плата ASUS Prime H510T2/CSM OEM

Вопрос выбора отпал сам собой! Спасибо дорогому подписчику!

Итак, ASUS Prime! Именно такая плата, правда не на 510-м, а на 310-м чипсете стоит на моем рабочем ПК.

Мой рабочий ультракомпактный мини-ПК на плате ASUS с чипсетом H310
Мой рабочий ультракомпактный мини-ПК на плате ASUS с чипсетом H310

Давние подписчики нашего канала знают - чего я только с ней не вытворял! Эксперименты, экстремальные тесты, различная периферия... Плата очень надежная, отвечающая промышленным стандартам!

Эксперименты с подключением внешних видеокарт
Эксперименты с подключением внешних видеокарт

Плата выполнена в формате mini-ITX уменьшенной толщины (slim или thin формата). Это стало возможным за счет использования модулей памяти ноутбучного формата SO-DIMM. Кроме того, на плате предусмотрена возможность установки стандартной периферии: модуля твердотельного накопителя с поддержкой NVME, сетевого адаптера, а также диска с интерфейсом SATA.

ASUS Prime Р510T2/CSM. На ней будем собирать миник
ASUS Prime Р510T2/CSM. На ней будем собирать миник

Кроме того, на плате есть встроенный звук и разъем матрицы – LVDS. Питается плата от внешнего блока питания с рекомендованным напряжением 19 Вольт. Однако, работает и от 12-ти. Это я проверял — даже экстремальные тесты выдерживает с этим напряжением без сбоев.

На задней панели можно обнаружить HDMI и VGA видеовыходы, четыре порта USB, два из которых имеют 3-ю версию, разъем гигабитного Ethernet-адаптера и разъемы звукового интерфейса. Как видно, весь необходимый минимум в наличии!

Задняя панель ASUS Prime Р510T2/CSM
Задняя панель ASUS Prime Р510T2/CSM

Кстати, для заметки — есть еще один разъем HDMI на верхней стороне платы, если кому-то нужно будет подключить два монитора.

Второй разъем HDMI на ASUS Prime Р510T2/CSM
Второй разъем HDMI на ASUS Prime Р510T2/CSM

Однако, самое главное для нас — это тонкий форм фактор и возможность установить достаточно современный процессор 10-го поколения, что мы и сделаем.

В качестве такого процессора я использую Intel Core i3 10100 со встроенным видеоядром.

Процессор Intel Core i3 10100
Процессор Intel Core i3 10100

Это принципиально, поскольку базовый функционал нашего будущего системного блока должен позволять работать без внешней видеокарты, обеспечивая кодирование-декодирование видео, работу с офисными и графическими приложениями, базовые 3D-возможности На вторичке такие процессоры можно найти за 6...7 тысяч.

В комплект к процессору будет установлено 16 Гигабайт ноутбучной памяти DDR4 с частотой 2600 Мегагерц.

DDR4 8 Гигабайт. Таких модулей установим 2 штуки
DDR4 8 Гигабайт. Таких модулей установим 2 штуки

А вот дальше начинается самое интересное! Как вы заметили, разъема PCI-express на материнской плате нет, поэтому для подключения внешней видеокарты я буду использовать недорогой адаптер, который установлю вместо твердотельного накопителя NVME.

NVME-адаптер
NVME-адаптер

Такой адаптер позволяет задействовать 4 линии PCI-express, чего, как показывают наши эксперименты, в большинстве случаев достаточно для использования потенциала видеокарты на 80...90 процентов. Единственное, что следует учесть при покупке такого адаптера, это что бы все линии PCI были разведены. Встречаются версии, на которых разведены лишь два или даже один канал.

Неправильный адаптер NVME. Разведены только 2 линии PCI
Неправильный адаптер NVME. Разведены только 2 линии PCI

Есть и еще один технический нюанс, который выяснился в ходе тестирования. О нем расскажу чуть позже.

А вот диск формата M2 NGFF я подключу через специальный адаптер к разъему SATA.

Адаптер для подключения NGFF-Диска формата M2 к интерфейсу SATA
Адаптер для подключения NGFF-Диска формата M2 к интерфейсу SATA

Сразу отвечаю на вопрос — почему нельзя подключить ноутбучный SATA-накопитель. Он слишком большой для нашей конструкции! Чуть позже, при сборке устройства будет понятно, что я имел ввиду. Сам накопитель — KingSpec на 512 Гигабайт.

Накопитеь KingSpec 512 Гб
Накопитеь KingSpec 512 Гб

Кулер, которым будет охлаждаться процессор и вентилироваться системный блок тоже выбран ультра-тонким. Его толщина чуть более 20 миллиметров, а цена просто невероятная.

Кулер FoxLine D65
Кулер FoxLine D65

Неплохая замена значительно подорожавшим MetalFish Z22. В ходе экспериментов выяснилось, что кулер еще и очень тихий, хотя охлаждать им что-то мощнее 65 Ватт я бы не советовал. Есть и ложка дегтя. Подошва не вполне горизонтальная.

Изгиб подошвы кулера
Изгиб подошвы кулера

Есть небольшой изгиб к краям, который нужно учитывать при нанесении термопасты. Кроме того, хотя кулер и допускает установку на 1200 сокет, в комплекте идет рамка только для 1700-го. Рамку нужно будет купить отдельно.

Адаптер WiFi и Bluetooth стандартный, уменьшеной ширины, формата M2. Куплен на Али во время распродажи.

WiFi-адаптер
WiFi-адаптер

Свои функции выполняет нормально.

Блок питания для мини-ПК внешний, напряжением 19 вольт и мощностью на менее 120 Вт.

-17

Я экспериментировал и с 12-вольтовыми. Плата работает устойчиво даже в экстремальных тестах. Разъем блока питания самый ходовой — 5,5 на 2,5 мм.

Сборка мини-ПК

Сборку мини-ПК я начну с подготовки твердотельного накопителя. Обратите внимание, что адаптер не поддерживает SSD-диски формата NVME. Только NGFF. ПО сути он просто транслирует сигналы SATA с одного разъема на другой и обеспечивает накопитель питанием 3,3 Вольта, которого нет на SATA разъеме.

Во избежание непредвиденных замыканий в электрических цепях я помещу собранную конструкцию в термоусадочную трубку.

Изолирование SSD при помощи термоусадочной трубки
Изолирование SSD при помощи термоусадочной трубки

Усадку произвожу феном с температурой воздуха 200 градусов.

Усадка термоусадочной трубки при помощи фена
Усадка термоусадочной трубки при помощи фена

В моем случае диаметр термоусадки великоват, поэтому процесс усаживания получился длительным.

В конечном итоге трубка плотно обхватила конструкцию, обеспечив ее надежную защиту.

Изолированный SSD
Изолированный SSD

Сбору самой материнской платы я комментировать не буду. Тут все как обычно. Компоненты устанавливаются без проблем. Единственное, провод кулера пришлось пропустить под ножкой его крепления, чтобы он не мешался.

Материнская плата в сборе
Материнская плата в сборе

Теперь можно примерить SSD. Примерно вот так его нужно будет разместить внутри корпуса.

Примерка SSD
Примерка SSD

Корпус мини-ПК

Корпус был спроектирован для печати из пластика в программе Компас-3D. Я импортозаместил ей уже почти все свои проекты, которые раньше делал во Fusion-360. Кстати, не пожалел! Логика моделирования и возможности очень близки.

Модель корпуса в Компас-3D
Модель корпуса в Компас-3D

Раньше я делал в подобных корпусах съемную переднюю панель, которая легко позволял поменять ее функциональность. Сейчас, для упрощения конструкции этого делать не стал. На передней панели только кнопка включения и отверстия отвода горячего воздуха от процессора. Все разъемы расположены с задней стороны корпуса.

Модель была напечатана на 3D-принтере из ABS-пластика черного цвета.

Печать корпуса
Печать корпуса

Все необходимые файлы для повторения конструкции я выложу, как и обещал, в открытый доступ. Ссылка на них будет в конце статьи. Для тех, кто будет повторять — не забывайте, что ABS-пластик имеет усадку. Перед печатью следует увеличить модель по координатам X и Y. По Z – необязательно. В моем случае увеличение составило 0,75 процента.

Вот так выглядит напечатанная конструкция.

Напечатанные детали корпуса
Напечатанные детали корпуса

Толщина стенок — 2мм. В стойки запрессованы резьбовые латунные закладные.

Резьбовые латунные закладные в стойках
Резьбовые латунные закладные в стойках

Для упрощения конструкции можно заузить отверстия в модели и использовать, например, саморезы. В корпусе предусмотрены все необходимые вентиляционные отверстия. Диаметр отверстия под кнопку включения — 12 миллиметров.

Вид спереди
Вид спереди

В задней части корпуса расположен вырез под бекплейт материнской платы и два отверстия для внешних антенн WiFi.

Вид сзади
Вид сзади

Верхняя часть корпуса содержит закрывающийся канал для обеспечения доступа к разъему PCI-express.

Верхняя часть корпуса
Верхняя часть корпуса

Детали канала напечатаны отдельно. Канал приклеен к корпусу при помощи ацетона. Крышка канала фиксируется на двух ушках и одном винте M3, предохраняя конструкцию от попадания пыли в моменты, когда внешняя видеокарта не используется.

Крышка канала для интерфейса внешней видеокарты
Крышка канала для интерфейса внешней видеокарты

Сборка мини-ПК

Поскольку элементы конструкции прошли многократную проверку временем, никаких проблем при сборке не возникло. Единственное, если при печати случились какие-то дефекты, то возможно их придется доработать напильником. Например, возможно придется чуть расширить отверстие под бекплейт. Мне не пришлось, поскольку таких корпусов я уже напечатал не один десяток, а пластик который я всегда использую от одного и того же производителя. Результат очень стабильный и не требующий доработки.

Материнская плата установлена в корпус
Материнская плата установлена в корпус

Прорези вентиляционных отверстий можно печатать без поддержек. Поддержки можно оставить только для отверстий под кнопку включения и антенны.

Для подключения твердотельного накопителя нам понадобится два кабеля. Прежде всего, это кабель SATA-интерфейса.

Сигнальный кабель SATA
Сигнальный кабель SATA

Заметьте, что один из его разъемов изогнут под углом 90 градусов. Это позволяет сделать укладку более компактной. Прямой разъем будет очень трудно изогнуть. Скорее всего он будет сильно упираться в верхнюю крышку корпуса, не давая ей закрыться.

Второй кабель — это переходник питания SATA.

Кабель питания SATA
Кабель питания SATA

Оба кабеля стандартные, но достаточно длинные (40 см) и нужно будет постараться уложить их внутри корпуса как можно более компактно.

При первой прикидке у меня получилось как-то так, но потом я нашел более изысканный вариант.

Предварительная укладка кабелей SATA
Предварительная укладка кабелей SATA

О нем чуть позже. Пока же я понял, что сперва нужно установить в корпус кнопку включения. Иначе потом будет сложнее.

Кнопка включения диаметром 12 миллиметров куплена на Али и имеет чуть меньшую высоту чем обычно, хотя полагаю, что и обычная тоже подойдет.

Кнопка включения питания
Кнопка включения питания

Провода я подпаивал и обжимал самостоятельно, определяя их минимальную длину по месту установки. Если покупать с готовыми проводами придется укладывать внутри еще и их. Задача эта решаемая, но если можно сделать удобнее, то почему бы и не сделать! Проводов и разъемов у меня в достатке.

Теперь можно установить разъемы RP-SMA разъемы для внешних антенн WiFi. Сами разъемы тоже устанавливаются без особых проблем, да вот при установке выяснилось, что те, которые у меня были имеют длину кабелей 15 сантиметров, чего оказалось не достаточно для того, чтобы дотянуться до адаптера WiFi.

Адаптер антенны WiFi типа RP-SMA
Адаптер антенны WiFi типа RP-SMA

Нужна длина 20 сантиметров. Соответственно, установку пока пришлось отложить.

А вот провода для SSD в результате различных прикидок удалось уложить более изящно. Причем они не просто выполняют свою сигнальную функцию, но и фиксируют диск от перемещений внутри корпуса. Получилось нелохое решение.

После кабель-менеджмента
После кабель-менеджмента

Отсутствие разъемов для WiFi антенн это не причина отложить испытания получившейся конструкции. Поэтому закрываем крышку. Крышка крепится 4-мя винтами M2,5. Повтоюсь, кому удобно, может использовать саморезы.

Крепление верхней части корпуса
Крепление верхней части корпуса

В целом, конструкция готова. Габариты 190 на 190 и на 40 миллиметров. Очень компактный миник, который, например, можно закинуть за телевизор.

Мини-ПК, вид спереди
Мини-ПК, вид спереди
Мини-ПК, вид сзади
Мини-ПК, вид сзади

Однако, самое интересное нас ждет впереди. Откручиваем винт крепления защитной крышки. Вот так она выглядит вблизи.

Крышка отсека подключения внешней видеокарты
Крышка отсека подключения внешней видеокарты

А вот, что находится внутри.

Отсек адаптера NVME для крепления внешней видеокарты
Отсек адаптера NVME для крепления внешней видеокарты

Хорошо виден 4-канальный разъем PCI-express и разъем подачи питания на внешнюю видеокарту. Именно эти разъемы должны сделать наш обычный на первый взгляд миник игровым.

Для подключения внешней видеокарты нам, потребуется 4-канальный шлейф райзер шины PCI-express. Я выбрал самый недорогой и не очень длинный. Всего 15 сантиметров. Стоит такой райзер чуть более 300 рублей.

Шлейф-райзер PCI-express 4x
Шлейф-райзер PCI-express 4x

Правда во время покупки доставка была бесплатной. Сейчас за нее просят деньги. Видимо неудачный момент.

Райзер на Али
Райзер на Али

Штекер райзера придется немного доработать, спилив его боковые ушки. Иначе он не проходит в канал нашего корпуса.

Шлейф-райзер, исходное состояние
Шлейф-райзер, исходное состояние
Доработанный шлейф-райзер
Доработанный шлейф-райзер

Кроме того, нам должен был бы понадобится 4-пиновый адаптер питания для запитки основного разъема видеокарты. Такие адаптеры бывают разными как для подключения через MOLEX, так и через SATA-коннекторы.

Адаптеры питания NVME-райзера
Адаптеры питания NVME-райзера

Однако, не торопитесь их покупать. Дальше самое интересное!

Шлейф и адаптер питания установлены в корпусе
Шлейф и адаптер питания установлены в корпусе

Тестирование мини-ПК

Вес получившегося миника составляет всего лишь 800 грамм!

Вес мини-ПК - 805 грамм
Вес мини-ПК - 805 грамм

Еще раз напомню, габариты устройства составляют всего лишь 190 на 190 и на 40 миллиметров.

Тестовый стенд, который я собрал прямо на столе включает блок питания, от которого идет запитка видеокарты как по основному, так и по дополнительному каналу. В данном случае это старенький 350-Ваттный ATX блок питания. Я его использую для всех тестов.

Тестовый стенд
Тестовый стенд

И видеокарта, в качестве которой также используется мой верный помощник — китайская реплика RX580, достаточно мощная, чтобы поиграть много во что, а если снизить требования, то и во все!

Запускаем сначала внешний блок питания, а затем и сам мини-ПК. Первый запуск после подключения внешней видеокарты может занять довольно продолжительное время. Может быть даже потребуется выключить компьютер и запустить его снова. Или можно просто перед подключением указать в БИОС, что при запуске использовать сразу внешнюю видеокарту. Если не указывать, то надо просто дождаться пока материнская плата разберется сама.

Запускаем диспетчер задач. Поскольку ранее, в ходе установки операционной системы, я уже установил нужные драйвера, в диспетчере устройств карта определяется корректно.

Диспетчер задач
Диспетчер задач

Теперь можно потестить ее в разных режимах. В начале запускаем Фурмарк в режиме FullHD.

Тест Furmark
Тест Furmark

Тут все отлично. Около 60 кадров. Мониторинг параметров идет, вентиляторы запускаются. А вот во время запуска теста Cyberpunk меня ждал сюрприз — игра вылетала как только нагрузка на видеокарту возрастала.

Запускаем Cyberpunk-2077
Запускаем Cyberpunk-2077

Анализ причин показал, что питание на видеокарте, которое шло с адаптера NVME во время теста проседало почти до 10 Вольт. Печально, но этот способ запитки не позволяет использовать мощные видеокарты. Нужна доработка шлейфа PCI-express.

Ранее мы такие доработки уже проводили. Все что потребуется — завести питание прямо на разъем, коонечно при помощи проводов подходящего сечения. Хотя бы два по 0,5 квадрата.

Доработанный шлейф
Доработанный шлейф
Доработанный шлейф, сторона A
Доработанный шлейф, сторона A
Доработанный шлейф, сторона B
Доработанный шлейф, сторона B

Подключать питание можно при помощи любого разъема, содержащего питание 12 Вольт. Я использовал для этого разъем питания диска SATA.

С такой доработкой игра отлично работала. Вот как раз та самая причина, по которой я просил вас не торопиться с покупкой штатного адаптера питания. Конечно на Али можно найти райзеры с уже правильно установленным разъемом питания, но стоить они будут гораздо дороже.

Запускаем Cyberpunk повторно. Настройки высокие.

Cyberpunk, настройки выч\сокие
Cyberpunk, настройки выч\сокие

Теперь все в порядке! Я предварительно пробовал заменять блок питания — думал дело в нем, но нет. Виноват все же был райзер NVME, который не потянул полагающиеся 75 Ватт основного питания видеокарты.

Результат теста — 42 кадра в секунду в среднем. Как видно, показатель FPS не опускается ниже 32 кадров.

Cyberpunk, результаты теста
Cyberpunk, результаты теста

Результат для RX580 очень хороший! Использование видеокарты с увеличенным кэшем приведет к еще более впечатляющему итогу. Подобные тесты мы уже проводили.

Для тех, кому интересны температурные тесты миника замечу, что тесты компактных системных блоков подобной конструкции я уже проводил. С этим все в порядке и повторяться не буду. У меня почти такой стоит на столе. Работает 4-й год без каких либо сбоев!

Заключение

Что ж надо признать, что имеющиеся сегодня возможности позволяют создавать мини-ПК-трансформеры, сочетающие игровую производительность с компактностью и минимальными финансовыми затратами. Надеюсь, мое видео поможет вам в этом начинании. Ниже ссылки на 3D-модели корпуса.

Если вопросы останутся — задавайте в комментариях или в нашей группе ВК. Сам миник я выложу там же в магазине, как обычно по себестоимости.

3D-модель корпуса.

Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! Спасибо всем, кто нас поддерживает своими комментариями и лайками!

Наша группа ВК: https://vk.com/terrabyte

Наш канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all

Наши разработки: