本文并不会跟你说买哪一款电源。

Intel昨晚发布了第九代Core处理器和全新的Z390芯片组主板,从Anandtech发布的第一批超过50款Z390主板介绍中可以发现这一代主板有一半以上都提供了8+4Pin CPU供电接口,高端型号提供了2 x 8Pin CPU接口,这样一来对电源的需求发生了变化。今天已经有网友问我他的海韵P660用Core i9-9900K+RTX2080Ti需不需要换电源。新的平台除了需要更多的CPU供电接口之外,还有一些问题需要留意。下面将对往后很长一段时间的电源需求进行分析,高能预警,本文将有很大一部分内容是颠覆传统认知的。如果想直接知道结果的,这里直接说——“买你买得起的最新款最高瓦数的电源”。

 

什么是TDP?什么是TDP估算法?

传统估算电源使用的方法都是基于TDP估算法,TDP,Thermal Design Power,即热设计功耗。装机的时候把CPU、显卡等等配件的TDP值累加起来,再留一点余量,然后按照这个功率值来购买电源,这种方法称之为TDP估算法。实际上TDP估算法在8012年已经不适用了。因为TDP是一个基于CPU运行在默认频率下并且不运行AVX指令时的平均值功耗,CPU进入Turbo Boost状态之后,随时突破TDP值。

下表可以看到八核十六线程的Intel Core i9-9900K、八心八箭八核八线程的Intel Core i7-9700K和六核心六线程的Intel Core i5-9600K的TDP都统一维持在95W。经过几代牙膏,有经验的玩家肯定不相信CPU的功耗是这个值了。

 

静态峰值分析法

那么,怎么样计算才比较科学呢?

目前比较合理的方法是基于静态峰值功率匹配和电源动态性能来考虑,静态方面应该考虑电源功率和CPU/GPU峰值功率匹配、线缆/接口/端子承载能力。动态则需要看本站后面即将上线的电源动态项目了

峰值功率(Peak Power)有别于TDP功耗,为了方便读者理解和了解自己的这里介绍一下Intel的Package Power Control封装功率管理特性。Intel的Package Power Control封装功率管理一共分为4个功率极限(Power Limit)档,功率从小到大依次是PL1、PL2、PL3、PL4。

PL1即平均功率,Intel建议不超过或者设置为TDP功率,CPU可以一直在这个功率上运行;

PL2即超过了PL1之后的功率极限,是应对Turbo Boost 2.0状态下的功率,CPU可以保持在这个状态最长达100s;

PL3是一个更高的功率极限,超过PL2的时候可以在PL3的状态保持峰值功率最长10ms;

PL4就是一个不可逾越的功率极限。PL3和PL4默认情况下是禁用的。

以传统的TDP估算法来买电源就是参照PL1,而目前大多数CPU都能进行Turbo Boost睿频,所以PL2的功率参考价值更高。

那么,如何知道自己的CPU的PL2值是多少呢?Core i7-8700K大概是140W,而第九代的Core i7-9700K大约要增长到210W,比TDP可大了一倍不止,并且还没考虑到极限超频的情况,所以知道为何Z390的主板都配上了更多的CPU供电接口吧?原因就是因为需要传输更大的电流,如果还是按TDP来买电源和散热器,很容易就翻车的。

 

基于ATX12V 2.52规范的分析方法

对于不了解PL2值的用户,或者说根本翻不到官方CPU资料的,可以用今年6月份新发布的ATX12V 2.52规范来指导选择,这部分除了考虑功率匹配、线缆/接口/端子承载能力,还考虑到了主板VR供电电路的效率。

今年6月份新发布的ATX12V 2.52规范提高了专门为CPU供电的12V2的持续电流传输值和峰值电流上限。2017年的版本TDP为95W的CPU,持续传输电流只有16A,峰值电流18A。没有超过EN-60950标准中,用户可接触的点换接头的最大输出功率不能超过240VA的安规。

到了今年的规范中(下表),TDP为95W的CPU持续传输电流提高到22A,峰值电流提高到29A。设12V2的输入电压为11.4V,那么电源需要满足12V2有高达330.6W / 10ms 的峰值输出能力。读者按照峰值电流乘以12V即可知道自己的CPU大概需要多大输出的12V电源。由于VR供电电路存在损耗,CPU的实际功率要小于表中提供的值,但是按这种方法已经可以不需要理会主板VR供电电路效率了。

2019-1-30 update

最近测试了一下实际的情况,有了一些数据更新一下。

测试平台
 CPU  Intel i9-9900K 默认频率,睿频开启
 主板  华硕ROG M11G
 内存  影驰DDR4-4000 XMP
 显卡  AMD Vega 56
 SSD  Plextor M5P 128G
 电源  海韵Focus+550
 散热器  采融A3
 示波器  Tektronix MDO3014
 电流探头  Tektronix TCP303 150A DC ,Bandwidth 15 MHz
Tektronix TCPA300,Bandwidth 100 MHz
 OS  Win10 1809
 Benchmark  Prime95
 Core Temp

其实Prime 95跑出来的功耗比AIDA64 FPU其他的什么都要高一点,所以下图示波器截图来自Prime 95跑的成绩。

此时CoreTemp读数大概160W多一点,示波器探头钩的主板CPU 12V接口,对应VR供电电路输入,可以看到电流峰值18.4A,RMS值16.1A。VR供电电路输入约200W多一些,CPU输出160W多一些,VR电路效率接近80%。

按得到的VR电路的效率,可知当9900K跑到PL2 210W时,主板CPU 12V供电接口输入功率应该在262.5W以上,如果VR供电效率更低一些,假设只有70%的话,那么VR供电电路要输入300W的功率才能满足需求。

这就要求CPU供电线路、铜箔、焊盘、主板插口的端子、电源的接口端子、线材、电源模组接口端子,都要一一满足300W的承载能力。

端子方面,电源CPU 12V供电接口用的Molex Mini-Fit 5556端子,Pin能承载的约为9A,热集聚效应下412V削弱到每组可以承载8A左右,也就是4×8=32A/384W。可以应对210W的CPU,但是余量不大。

线材方面,按单芯PVC绝缘电线在30环境下,要升温至PVC材料的最大适用温度,常见的16AWG18AWG20AWG22AWG线材所能通过的电流分别为24A18A13A10A。常见的中高端电源都是18AWG标配,线材也不会有太大的问题,只会热一些。

问题是当端子由于接触不良失效时,接触部分会有很大的接触电阻,或者其他的端子要额外承载失效那组端子的电流,最终会导致过热,融化端子、接口、线材。而主板的端子、焊盘、布线铜箔可能也无法承载这么大的电流。所以主板厂商开始导入更多的CPU供电接口并不是没有理由的。

下图为ROG M11G接了2组8Pin供电之后的温度,线材和接口的温度并不高。

所以我的建议是,为了确保散热良好、尽可能保证主板供电的安全,主板上有2个甚至更多个CPU供电接口都尽量接上,包括给PCIE插槽的辅助供电。对于使用CPU4Pin转出8Pin或者是转2x 8Pin接口来插满主板的,其实电源模组接线板的端子同样要承载2个接口的电流,这样做并没有太大意义,还会带来额外的接触电阻。

 

GPU显卡方面的功率分析

GPU显卡目前是电脑里功耗最大的一个部件,进入8012年,和CPU一样走上了价格性能、功耗爆炸的路线。显卡方面的功率更不乐观了,据本人手里掌握的数据,最新的RTX 2080Ti峰值电流达到64A / 30ms。这是什么概念呢?显卡在30ms的瞬间有768W的峰值功耗,传统媒体/玩家手上的功率计测不出来。至于有的“知名数码博主”说2080Ti不需要双8Pin,不需要910W的供电冗余,我觉得大多数玩家仍然处于传统静态TDP那一套认知,对于NV新款煤气灶的力量一无所知。

文章开头的同学问我说用Core i9-9900K+RTX2080Ti需不需要换电源,这里可以回答了,我看CPU要留300W的余量,而如果是为了跑吃鸡之类优化不太行的游戏,显卡留个700W余量,换一个1000W的电源,如果没有那么高的预算,那么买一个850W的也能苟一下。

以上是基于静态的功率匹配分析。只要功率匹配,一般不会超过电源的OPP值,那就不会让电源过载保护。

显卡的电流数值将会在后面由单独的文章介绍。

 

动态测试重新回归

上面说到的2080Ti瞬间可能有700W的功率,端子和线缆对热量有一定的承载能力,极短的峰值功耗是可以撑过去的,然而电源作为能量的转换和输出者可能不行。

顺应潮流,动态项目将在海盗船RM650x 2018评测中回归。

为何说动态项目回归?在2011~2012年期间,本人的电源评测项目里也是有动态项目的,为了排除目前功耗爆炸所带来的问题,我把这个项目重新加回来。这里开始介绍F站即将上线的电源动态测试项目了。目前国内的PC电源动态评测包含本人在内也就只有两个人在测,一个是本人好友NSI,国外的TPU/THG/KITGURU的Airs也在测这个项目,但他没有测恢复时间。

传统基于静态的功率匹配分析,都是不需要考虑功率动态变化的,然而实际受到线路阻抗、元件阻抗、电路补偿特性等因素的影响,电源的输出电压通常随着负载的增大而略有下降,例如一款电源在空轻载时+12V输出电压12.20V,拉上一个9900K和2080Ti在重载时输出电压可能就降低为11.90V

以下图来分析,当负载从I/R-1瞬时跳变到I/R-2时(称为“负载瞬变”),电源的输出电压会从Vs-1下降到Vs-2,像是下了一层台阶。由于电源的响应速度有限,实际的电压会像上图一样存在一个过冲——回调的过程。在这个过程中电压的变化幅度通常要高过电源负载调整率所显示的电压变动幅度,也就是说,在负载从I/R-1上升到I/R-2的过程中,输出电压先是跌落到比12V(Vs-2)更低的电压Vpk1,然后逐渐回调直到稳定在Vs-2

反之当负载从I/R-2下降到I/R-1时,输出电压会从Vs-2爬升到Vs-1,这个过程同样会出现一个高于Vs-1的上冲电压Vpk2。Intel ATX12V规范中有一个DC Output Transient Test就是Intel官方的瞬态响应项目,定义了这个过程中电压输出偏离的允许值,允许值和负载调整率一样。我们需要测量这个上下冲电压的值Vpk。同时,还需要测量一个电压恢复时间(也称电压重建时间),这一个参数也反映了电源的动态性能,Intel规范对此参数并无要求。

实际测试还要更复杂一些,需要从10Hz测试到10KHz,测试过程中可以在示波器中看到以下这样的画面。如果电源所拉载的CPU和显卡的瞬变电流摆幅过大,或者频率过高,会导致电源上下冲电压的值Vpk超过电源工作的允许值,或者影响电源本身的工作稳定性,最终影响到CPU和GPU的工作稳定性,可能会发生蓝屏、无故重启或者死机。

以上是基于动态方面的分析,这就是为何我建议买更大功率的电源,功率越大并不代表更耗电,除了有静态功率匹配、有更多的接口小功率电源根本没有双8Pin电源接口和线缆来承载能量传输之外,对于目前CPU/GPU功率爆炸时代的大幅度负载跳变适应性会更好,这种情况可能会持续很长一段时间。除此之外,如果选购高端的CPU,主板也建议购买8+4甚至有双8Pin供电的型号,散热器方面的选择也是如此。

最后,希望CPU/GPU厂商、电源厂商和板卡厂商能联合起来,目前遇到的问题不小了,应该拿出更好的解决方案。

 

本文题图、资料来自intel官方网站。

CPU Spec来自Anandtech。

感谢阅读!