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台式机功耗测试:我们需要多少瓦?

作者:亚博app买球    发布日期:2021-03-08 20:14:52

前言

注意:本文是从Xbitlabs网站编译的,原始链接在这里。

如何为计算机系统选择合适的电源是永恒的话题,特别是当配置太高端且机箱随附的300-400瓦电源无法处理时。当然,您也可以更简单,只需购买1000瓦电源即可,但是这样做可能很浪费。在许多情况下,我们无法计算出计算机中每个组件所消耗的功率是多少瓦。这是因为:为了保险起见,图形卡和CPU制造商总是夸大产品的实际功率要求;各种功率计算器的总功耗是使用通用数据;许多计算机介质都非常缺乏计算机的实际功耗测量结果。

当您打开一篇硬件评估文章并转到其功耗测试部分时,您会发现通过墙上的220V电源插座对功耗数据进行了测试。这种测试非常容易,只要您以低于50美元的价格购买家用级功率计,它就会比那些严格的测试工具便宜得多。

在通常情况下,这种功率计的精度仍然很高,尤其是当负载为几百瓦并且是非线性负载时(计算机电源,特别是没有有源PFC的电源是非线性负载)。这种功率计包含一个专用的微控制器,该微控制器可以随时间积分电流和电压,以计算负载消耗的有功功率。

测试功耗时,几乎所有计算机介质都将使用此消费级功率计。我们的实验室中也有一个,但我们并未将其用于严格的测试。我们只在需要快速估计特定计算机的功耗时才使用它,因为它非常方便并且不需要任何准备工作。

用电表提供的测量结果与计算机的实际功耗不完全匹配。这是因为:

(一)不考虑电源本身的效率。例如,电源的转换效率为80%。当负载实际消耗500瓦时,电源将消耗500 / [ 0.来自220V主电源。8= 625瓦。如果使用这种测量方法,将得出625的结论,您可以据此选择额定功率为650瓦的电源,但实际上, 550瓦电源就足够了,当然,您也可以考虑效率因素并重新计算结果,但这需要您首先详细测试电源并记录其在不同负载下的效率js99609金沙娱城 ,这显然非常麻烦,而且测试结果不够准确。

(二)这种测量方法获得的是平均值而不是最大值。现代CPU和图形卡的功耗可能会在很短的时间内发生很大变化。使用这种测量方法,您将看不到电流在很短的时间内(尖峰)的变化,因为电源中的电容器消除了在很短的时间内(尖峰)的电流变化。

(三)这种测量方法无法告诉我们负载的分布方式,例如+ 5V,+ 12V和+ 3. 3V有多少电流。此信息非常有趣,同时也很重要。

(四)最后也是最重要的一点。这种测量方法无法告诉我们CPU消耗了多少瓦特,图形卡消耗了多少瓦特,您只能得到所谓的“系统总功耗”。

除了使用消费级功率计进行测量外,还可以通过测量电源内部每个电流的大小来计算功耗。这种方法在技术上很难实现,但并非完全不可能。例如球探体育比分直播 ,技嘉(Gigabyte)的Odin GT电源使用了这种设计,该设计具有内置的功率计。技嘉的Odin GT电源可用于构建功耗测试平台。实际上,这是一个很好的解决方案。我们之所以选择它,是因为我们想构建一个更通用,更灵活的测试平台。

我们的测试设备和测试方法

最简单的方法是通过在电源的每根电缆中插入分流器(电阻较小的电阻器)来测量电流,但是这种想法很快就被放弃了。因为高电流水平的分流器不仅很大,而且还具有数十毫伏的压降,对于电源中的+ 3. 3V线路,这的确确实更大。幸运的是,Allegro Microsystems基于霍尔效应生产了非常出色的线性电流传感器。该传感器可以将电流在其传导路径中产生的磁场转换为输出电压。它还具有以下优点:

*当测试电流通过其传导路径时,传导路径的内部电阻不会超过1. 2毫欧。在这种情况下,即使测试电流高达30安培,电压降也仅为36毫伏。

*传感器具有线性特性,并且输出电压与测试电流成正比,因此无需涉及复杂的算法。

*传感器的导电路径和感应部分是电绝缘的,因此可以用于测量不同电压电路中的电流而无需同步。

*传感器使用紧凑的SOIC8封装,尺寸仅为5 mm。

*传感器可以直接连接到模数转换器的输入端子,而无需电压电平匹配和电流去耦。

我们选择了Allegro的30安培电流传感器ACS713-30T。由于其输出电压与测试电流成正比,因此在测量输出电压后,将其乘以适当的系数即可知道电流。输出电压可以用万用表测量。不使用它是因为它非常不方便并且标准万用表的响应速度不够快。此外,为了同时测量每个电路的电流,可能需要多个万用表。这样,整个测试过程将是繁重的体力劳动,这显然是不合适的,因此我们决定自己构建一个完整的数据收集系统。

为了将传感器的输出电压模拟信号转换为数字信号以进行读取,我们选择了Atmel的8位微控制器ATmega168。使用其8通道10位模数转换器,我们总共连接了8个电流传感器。从图中可以看出,除了ATmega168微控制器和8个ACS713传感器外,还有一个相对较大的芯片FTDI FT232RL。它是一个USB接口控制器,测试过程中的数据通过它连接到记录计算机的USB接口。只要您愿意,您甚至可以使用经过功耗测试的计算机来记录其自身的功耗数据,并且对使用没有任何限制。但是,如果您要从按下电源开关那一刻开始记录,就需要另一台计算机来提供帮助。

此采集卡小巧方便。尺寸约为80mm x 100mm。它可以安装在电源上,并且电源可以放在标准的ATX机箱中。上图显示了捕获卡,该捕获卡安装在PC Power&Cooling的Turbo-Cool 1KW-SR 1000瓦电源上。

此数据采集系统必须在使用前进行校准。该方法是让已知大小的电流流过每个测试通道,然后可以确定电流与ACS713传感器的输出电压之间的比例系数。所得的8个通道的比例系数全部存储在ATmega168微控制器的ROM中,并绑定到此采集卡。该卡可以随时重新校准,并将新系数写入ROM。

图中的横坐标是时间(单位:0. 1秒),纵坐标是电流(单位:安培)

我们为此采集卡开发了一个特殊程序,该程序可以实时采集每个通道的测量数据。该程序可以自动记录每个通道电流的瞬时值,最大值,最小值和平均值。它还可以自动计算具有相同电压的测试通道的总电流,以及整个计算机功耗的瞬时值,最大值和最大值。最小值,平均值。

顺便说一句:分别测量每个电流的最大功耗,然后将它们加在一起以获得总最大功耗。这是错误的,因为每个峰值电流可能会出现在不同的时间。例如,对于硬盘,当按下电源按钮5秒钟后主轴电机启动时,+ 12V达到3安培的峰值电流,而图形卡在FurMark之后仅达到+ 12V达到10安培的峰值电流。测试开始。这是否意味着系统中+ 12V的总最大电流消耗为13安培?很明显不是。因此,该程序始终使用系统瞬时功耗的计算方法,然后从中选择最大值以获得最大功耗。

在此程序中,可以为8个测试通道的每一个选择不同的名称和颜色。所有测量结果均以图形形式显示,可以以图像格式或文本格式保存。采样频率设置为每秒10次。尽管采样次数可以继续增加,但是由于数据量太大并且测量结果没有改变,因此没有必要这样做。应该注意的是,该系统不测试实际电压值。在计算功率时,假设每个电压+ 12V / + 5V / + 3. 3V理想为1 2. 0V / 5. 0V / 3. 3V。在此测试中,主板+ 12V和硬盘+ 12V消耗的电流加在一起。将来在测试图形卡的功耗时,我们将分别测量主板上PCI Express图形卡插槽的电流消耗。

现在,我们拥有一个易于连接,易于使用,通用且足够准确的功率分析系统,可以测试“系统的整体功耗”,并且还可以用于分析系统的功耗。具体组成部分。让我们展示一下该系统的功能,并使用它来测量5套具有不同配置的计算机,从低端的“办公室打字机”到高端的“特殊游戏机”。

办公室计算机测试

CPU:英特尔奔腾双核E2220(2. 4GHz)

散热器:Igloo 5063静音(E)PP

机箱风扇:吉林冷却SilentBlade II GT9225-HDLA1

主板:技嘉GA-73PVM-S2(GeForce7100集成显卡)

内存:三星DDR2 800 1GB CL6

硬盘:日立Deskstar 7K100 0. B HDT721016SLA380(160GB)

DVD刻录机:索尼NEC Optiarc AD-7201S

读卡器:索尼MRW620

机箱:盈光EMR-018(350W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

这台计算机显然在Windows启动过程中具有非常低的功耗,并且每个通道的电流从未超过3安培。其中,CPU的功耗波动非常有趣:按下电源按钮后,功耗在最初的20秒内很高,然后迅速下降,保持非常低的水平,仅在增加12-15瓦时有操作。这表明启动后大约20秒钟加载了ACPI驱动程序,然后打开了CPU的省电功能。

在3DMark06测试中,由于集成的图形性能太弱而无法全速动员CPU,因此CPU大部分时间都保持在低功耗状态,只有+ 3. 3V和+ 5V很少功耗有小幅改善。

尽管FurMark声称是最苛刻的测试,但集成显卡可以轻松应对。当然,它指的是功耗。每个附件的功耗性能都非常稳定。 CPU也未完全加载。有趣的是,它在测试开始时的功耗最高,然后下降几秒钟,然后略有上升。

在Prime95测试中,CPU最终达到满负载,并且电流达到3安培的峰值。

当FurMark和Prime95同时运行时,没有任何变化。 CPU已满载,并且集成显卡的功耗仍然不高。

测试结果摘要

对于此办公计算机,显然任何电源都可以满足其要求。甚至安装在mini-ITX机箱中的120瓦小型电源也具有双倍的电量储备。如果将65纳米E2220替换为45纳米E5200,则系统的总体功耗可能会降低约10瓦。

在睡眠模式(挂接到RAM)下,此计算机的+ 5Vsb电流为0. 5安培,电源的+ 5Vsb通常可以提供2. 5-3安培。

家用电脑测试

CPU:AMD Athlon 64 X2 5000+(2. 60GHz)

散热器:TITAN DC-K8M925B / R

机箱风扇:吉林冷却SilentBlade II GT9225-HDLA1

主板:ASUS M3A78(AMD770芯片组)

内存:三星DDR2 800 1GB x 2 CL6

硬盘:Seagate Barracuda 720 0. 10 ST3250410AS(250GB)

图形卡:Sapphire Radeon HD 4650 512MB

DVD刻录机:索尼NEC Optiarc AD-7201S

机箱:盈光EAR-003(400W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

在Windows的启动过程中,尽管Athlon 64 X2 5000+的最大功耗超过50瓦,但是在打开节电技术后,空闲功耗小于10瓦。注意蓝色曲线,它代表主板和硬盘的当前变化。当此曲线下降时,实际上是在打开图形卡的节能技术时,因为此配置下的Radeon 4650图形卡的电源来自主板上的PCI Express插槽。

在3DMark06测试期间,图形卡和CPU的曲线覆盖了其他两条曲线,并且图形卡和CPU的功耗一直在上下波动很大,因为这两者从未完全加载。在某些时候,图形卡等待CPU处理数据,而在其他时候,CPU等待图形卡完成计算。顺便说一句,如果使用以前的“系统总功耗”测量方法,那么我们将无法看到此类详细信息,只能获得平均值。

尽管FurMark可以使图形卡达到最大功耗,但对CPU却无能为力。大多数情况下,CPU电流通常保持在3安培。

在Prime95测试中,图形卡冷却到一边,而Athlon 64 X2 5000+开始炫耀。其最大功耗超过60瓦。

同时运行FurMark和Prime95时,所有附件的耗电量最大,而CPU耗电量最大。

测试结果摘要

这款家用电脑的最大功耗仅为137瓦。

文件服务器测试

这组配置基于先前的配置,带有三个Western Digital Raptor硬盘驱动器以形成RAID0显示。尽管所使用的硬盘已经过时并且只有74GB的容量,但仍然是合适的,因为它是功耗测试,而不是性能测试。

CPU:AMD Athlon 64 X2 5000+(2. 60GHz)

散热器:TITAN DC-K8M925B / R

机箱风扇:吉林冷却SilentBlade II GT9225-HDLA1

主板:ASUS M3A78(AMD770芯片组)

内存:三星DDR2 800 1GB x 2 CL6

硬盘:Seagate Barracuda 720 0. 10 ST3250410AS(250GB)

西方数字猛禽WD740GD 74GB x 3

图形卡:Sapphire Radeon HD 4650 512MB

DVD刻录机:索尼NEC Optiarc AD-7201S

机箱:盈光EAR-003(400W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

因为它是文件服务器,所以我们没有添加3DMark0 6、 FurMark,Prime95和其他测试内容,而是使用了我们自己编写的特殊测试程序FC-Verify。该程序可以通过两个独立的线程创建和读取特定文件,从而可以确保它随时具有读取器线程和写入线程,这对于处于测试负载下的磁盘子系统来说非常耗时。如图所示,在测试过程中,在一个线程中设置了1000个256KB文件,在另一个线程中设置了100个10MB文件。

让我们首先看一下只有一个系统磁盘时的启动过程。此时,三个Raptor硬盘仅连接到数据电缆,而不连接到电源线。从图中可以看出,CPU省电技术和图形卡省电技术的开启时间已大大延迟。这是因为芯片组的RAID控制器在确认过程中会花费很多时间。

Windows启动过程相同。这次由3个Raptor硬盘驱动器组成的RAID0阵列处于开机状态。从测试结果中很容易发现电脑消耗功率,刚打开时蓝色曲线的峰值很高。此时,+ 12V CPU和+ 12V主板/硬盘的总电流超过11安培。这是由于同时有4个硬盘。由启动引起。

单系统磁盘文件读写测试。显然,+ 5V的电流最大。这很容易理解,因为南桥的硬盘控制电路和磁盘控制器依靠+ 5V供电。

系统磁盘加上3个Raptor RAID0阵列文件的读写测试。此时,+ 5V的负载已达到最大,而+ 12V的功耗却很低。

测试结果摘要

这有点出乎意料。对于文件服务器,高强度的读取和写入操作不是最耗电的。实际上,当同时启动所有硬盘驱动器时,会发生最大功耗。因此,对于大型磁盘阵列系统,最好具有一个智能RAID控制器,该控制器可以在系统打开时一个接一个地启动硬盘。对于由3个硬盘组成的阵列系统,典型的300瓦电源就足够了。它不仅可以确保系统轻松启动,而且具有正常运行所需电量的三倍。

主流游戏计算机测试

CPU:Intel Core 2 Duo E8600(3. 33GHz)

散热器:Igloo 5063 PWM(E)PP,Igloo,冷却

主板:ASUS P5Q(P45芯片组)

内存:金士顿ValueRAM DDR2 800 2GB x 2 CL6

硬盘:希捷酷鱼720 0. 12 500GB

图形卡:Sapphire Radeon HD 4850 512MB

DVD刻录机:Sony NEC Optiarc AD-5200S

读卡器:索尼MRW620

机箱:颖光S627TAC(450W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

Windows启动:引导后5秒钟和12秒钟,CPU和图形卡进入节能状态。毕竟,E8600是目前最快的双核处理器,因此该机器的启动速度非常快。

在3DMark06测试期间,图形卡的功耗快速变化,并且变化范围也很大。 + 12V辅助电源接口的电流将迅速下降至4安培以下,然后跃升至7安培以上。从图中可以看出,CPU大部分时间处于空闲状态,功耗不高。

尽管FurMark测试在图形卡上施加了很高的平均负载,但3DMark06测试中没有7安培的峰值电流,这很有趣。由于此测试中的CPU负载明显高于3DMark06,因此每个通道的+ 12V电流总和大于3DMark06。

在Prime95测试阶段,图形卡最终可以休息一下,其辅助电源接口电流仅为1安培。尽管CPU功耗增加了,但从未超过50瓦。该数字实际上包括电源设备的消耗。

当FurMark和Prime95同时运行时,系统功耗达到最大。您可以看到图形卡的功耗明显大于CPU的功耗。 + 12V主板/硬盘驱动器的满载电流为4安培,其中许多通过Radia4850显卡通过PCI Express接口消耗。

测试结果摘要

此游戏计算机的最大功耗仅为189瓦。 300瓦电源已经拥有50%的余量。对于具有这种配置的计算机,绝对没有理由购买超过400瓦的电源。

高端游戏机测试一台

CPU:英特尔酷睿i7-920(2. 66GHz)

主板:技嘉GA-EX58-UD3R

内存:三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9

硬盘:Seagate Barracuda 720 0. 11 ST31000333AS(1TB)

图形卡:Leadtek WinFast GTX 260 Extreme + W02G0686 896MB

DVD刻录机:索尼NEC Optiarc AD-7201S

机箱:盈光J614TA F430(550W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

如果您在硬件论坛上向其他人发布有关上述配置的信息,许多人会建议您购买至少750瓦的电源。下面让我们看一下它的最大功率是多少?

由于Core i7和GeForce GTX 260都具有节能技术,因此Windows启动过程没有什么特别的。

3DMark06测试再次证实了一个事实:无论您的CPU多么出色,只要找到高端显卡,您就可以在功耗方面击败它。

在FurMark测试中,图形卡的功耗会在6到7秒的时间内定期变化。这种现象不容易解释,可能是由于FurMark的特性引起的。该CPU显然未满载,其功耗几乎保持不变,为36瓦。

在Prime95测试中,轮到显示卡再次休息,CPU功耗从闲置状态下的20瓦猛增到将近120瓦!看来英特尔的处理器在电源管理方面确实非常出色,我应该对此表示赞赏。同时,我希望将来可以减少32纳米处理器的满载功耗。

Prime95和FurMark同时运行时,Prime95最多占用Core i7的8个线程,这会使Core i7超载。尽管Core i7具有强大的性能,但当使用8个线程打开Prime95时,它无法同时满足图形卡的计算要求。结果,图形卡只能渲染一帧,等待一会儿,然后渲染另一帧,并等待一会儿。结果,如图所示的图形卡的功耗急剧上升。如果使用消费级功率计测量总体功耗,则只能显示平均值,而不能显示最大值。

测试结果摘要

此高端游戏计算机的最大功耗实际上仅为371瓦。 550瓦电源可以轻松满足其需求。此外,这台计算机的+ 5Vsb电流在打开时仅为0. 1安培,这是这些配置中的最小配置,但在S3模式下(挂起至RAM)它的电流增加到0. 7安培。

高端游戏计算机测试两个

此配置基于先前的配置,用双芯片华硕ENGTX295(GeForce GTX29 5),这是目前的顶级游戏配置)替换了图形卡。

CPU:英特尔酷睿i7-920(2. 66GHz)

主板:技嘉GA-EX58-UD3R

内存:三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9

硬盘:Seagate Barracuda 720 0. 11 ST31000333AS(1TB)

图形卡:华硕ENGTX295 / 2DI 1792MB

DVD刻录机:索尼NEC Optiarc AD-7201S

机箱:盈光J614TA F430(550W电源)

操作系统:32位Vista Home Premium SP1

Windows引导:引导后约15秒,通过加载ACPI驱动程序电脑消耗功率,CPU节能技术可以顺利启动。显卡的情况略有不同:引导后约30秒,GTX295的+ 12V辅助电源端口之一的电流减小雅博体育app ,但同时+ 3. 3V通道的电流从5安培增加至6安培。 。由于先前的配置在启动过程中没有出现这种现象,因此这必须由更换GTX295图形卡引起。引导后约40秒,图形卡的两个+ 12V辅助电源连接器的电流增加,并且+ 12V主板/硬盘的功耗也增加了。这种增加只能归因于当前的PCI Express图形卡插槽。增加。因此,对于GTX295之类的双芯片图形卡,即使Windows桌面处于空闲状态,也无法期望它在功耗方面像单芯片图形卡一样。

3DMark06不能再对现代高端游戏计算机施加足够的压力。尽管CPU和图形卡的功耗波动很大,但是它们都没有进入满载状态。

在FurMark测试中,图形卡的功耗曲线要好得多(满载)。同时可以发现,显卡功耗在测试过程中缓慢上升,这是由于显卡温度越来越高引起的。

Prime95使CPU功率激增了100瓦。从图中还可以看出,CPU功耗曲线略微向上弯曲,这也是由于温度升高引起的。因为对于半导体芯片,温度越高,功耗就越大。

同时运行FurMark和Prime95时,情况与以前的配置相似:CPU过载,无法同时满足图形卡的计算要求。

现在比较一下,如果使用以前的测量方法,您将得到什么样的结果?我们更改为使用本文开头提到的PM-300的家用级功率计进行测试,它向我们报告最大功耗为490瓦。如果功率转换效率计算为90%,则意味着整个计算机的最大功耗为441W。但是使用我们自己开发的这套工具,测试结果表明实际最大功耗已超过500瓦。为什么会有如此大的差异?原因是当系统功耗快速剧烈波动时,功率计会报告平均值而不是最大值。

测试结果摘要

对于Core i7和GeForce GTX 295的顶级配置,750瓦的电源足以满足需求,因为它具有50%的余量。请注意,在极重的负载下达到了503瓦的最大功耗。实际上,没有任何游戏作品能够像FurMark + Prime95那样残酷地折磨计算机。换句话说,750瓦的电源实际上具有更大的电量储备。

最后,给出了5组配置(FurMark + Prime9 5))的最大负载和典型负载(3DMark0 6))的功率需求摘要

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