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不跟风不武断,理智分析4090接口事件

阅读: 2022-11-17 22:34:03
前言:
很多朋友心目中,外设尤其是机电产品都是接近于不动产,变化不多毫无发展。其实,外设的发展并不比其他diy产品慢。
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比方说因为电竞FPS游戏的流行,推动了电竞显示器的发展。从早期的TN屏120Hz入门级别到现在240Hz IPS专业级,发展可谓迅猛。
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对于高端玩家来说,更可以4K144Hz高端产品。配合NVIDIA的G-Sync或者是AMD的Frer-Sync技术,可以保证在任何场景任何场合画面都不会画面模糊、撕裂等问题,更加有丰富的防蓝光技术、高色域、HDR认证等丰富色彩表现和视觉体验的标准。
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至于电源,从早期额定功率仅有200w到现在额定功率普遍达到800W,普遍选择80plus认证、半模组或者全模组,可以看出伴随着我们diy硬件的发展,电源和供电的要求同样也是越来越高,越来越严谨的。
本文导读:
1、12VHPWR供电的优势和限制
2、从12VHPWR供电了解ATX3.0规格电源
3、使用RTX4090显卡的建议和解决方案
一、12VHPWR供电的优势和限制


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要设备运转当然就需要保证可靠的供电,这是共识。相信老玩家都会记得,以前的显卡别说供电,就是连主动散热都不是必选项。因为早期的显卡性能有限,光靠主板插槽供电就足够了。尤其是ISA时代,显卡甚至连散热片都是选配项目而已。

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最早期需要外接供电的显卡是3DFX的末代皇帝Voodoo5 5500显卡,采用了非主流的小4pin辅助供电,用于满足其在一块PCB上面集成两款GPU的供电需求。
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早期显卡辅助供电并没有统一的标准,AMD 9700pro还有用到小4pin,而NVIDIA的Geforce 6800 Ultra用的是双4pin,也就是两个大D口供电。要知道,这并不是华硕那种堆料狂独有,而是那个时代的Geforce 6800 Ultra标配。
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当然了,多数玩家接触的还是6pin和8pin这种标准辅助供电接口,而且这两个接口还成为了计量单位使用。
6Pin供电接口提供双路+12V电源输出,对于旧电源升级新平台的用户,可以采用两个D型4PIN接口转换一个6Pin的。第一款采用6Pin辅助供电的,依然是Geforce 6800 Ultra,只不过是桥接的PCI版本。
比起6Pin,8Pin多了一条12V线路,为三路+12V线,每条提供的最大电流是4.167A,能够提供的总功率是12×4.167×3=150W,刚好是6Pin的两倍。

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简单来说,一个6pin就是75W,外加插槽提供的75W,理论最大值是150w;一个8pin就是150w。用上单8pin的显卡就是需要200w左右额定功率的;6+8就是75+150+75,近300w;上图双8pin的是华硕 RTX3090 TUF显卡的供电;还有3个8pin的超公版RTX3090TI,基本上数接口就能预估供电需求了。
这样子对于我们选择电源和做预算也是非常方便,毕竟这是标准计量。

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而GPU方面,从NVIDIA第十代图灵架构开始,显卡已经不仅仅是渲染、3D加速,而且还加入了硬件光线追踪运算单元RT C ore和Tensor Core(张量计算核心)。
光线跟踪是一种真实地显示物体的方法,该方法由Appel在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的反方向跟踪,经过屏幕上每一个象素,找出与视线相交的物体表面点P0,并继续跟踪,找出影响P0点光强的所有光源,从而算出P0点上精确的光线强度,在材质编辑中经常用来表现镜面效果。光线跟踪或称光迹追踪是计算机图形学的核心算法之一。在算法中,光线从光源被抛射出来,当他们经过物体表面的时候,对他们应用种种符合物理光学定律的变换。而RT Core就是硬件实现光线追踪的运算单元,从而使到光线追踪技术能真正应用到实时生产、实时反馈的游戏世界中,从而让大家获得更真实的光影体验和更深入的沉浸感。
而Tensor Core主要用于AI运算,我们最常接触到的就是DLSS深度学习抗锯齿技术。
而作为第三代光线追踪显卡,NVIDIA最新的Ada架构GPU采用台积电 4N 定制工艺,数量破万的 CUDA 核心,第三代 RT Core 和第四代 Tensor Core,NVIDIA GeForce RTX 4090 无论在工艺制程、性能提升还是技术升级都相当亮眼,以至于这款 GPU 被誉为进 15 年来提升幅度最大的旗舰级 GPU。同时RTX4090又是ATX3.0电源的先行者,首个全面采用了12VHPWR辅助供电的显卡。

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通过上图的特写,大家就能很直观地看到新的12VHPWR辅助供电接口的样子了。
RTX 4090的整卡功耗就是此前说法的450W,但设计很灵活,硬件上支持到600W,AIC显卡厂商也可以自行决定,450W、600W都可以,开放到600W的话会在包装盒上注明。而新的12pin辅助供电接口,可以提供600W的超大功率,完全满足新一代显卡的供电需求。

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12VHPWR接口的端子间距比现有的 8pin 口更小,从 4.2mm 缩小到 3.0mm。这样可以使得接口体积大大减小,相比目前常用的双 8pin 供电口,大大节约了 PCB 空间。PCI-SIG 规范规定每个端子最高可以传输 9.2A 电流,意味着 12V 供电的总电流达到 55.2A,理论最大功率达到 662W,但是规范限制为 600W。
二、从12VHPWR供电了解ATX3.0规格电源

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PCI-SIG 12VHPWR,包含 12pin 供电端子,以及侧面的 4pin 信号端子。通俗点来解释就是,这四针信号线负责显卡跟电源之间的交流,显卡在运行时会告诉电源我需要多少功耗,电源相应的会把显卡需要的提供给它,但是一旦电源无法支撑当前显卡的功耗需求,那么电源就会告诉显卡“我给不了你这么多,你降一点把吧”,此时显卡就会降低自己的功耗以满足整机运行的需求。不过同样因为显卡降低了自己的功耗上限,自身的性能肯定是会受到影响,所以在购买电源时,不管能否通过12VHPWR来调整功耗,至少电源的标称输出能达到整机的需求。
12VHPWR是ATX3.0规格的重要组成部分,甚至可以是C位出道。

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另一个针对显卡的ATX 3.0特性就是能够更好的抵抗峰值功耗,在我们日常游戏或者软件运行中,显卡在运行时功耗都会处在一个相对常规的值上,不过也会出现短暂的超高峰值功耗,这一点在RTX 30系显卡上出现的很频繁,这次的ATX 3.0则专为这个问题要求所有经过认证的电源都要在功率达到标称的200%时还能稳定运行10微秒,并且在运行时间的10%内都要做到这一点。这意味着新发售的ATX 3.0电源在价格上会变得更加昂贵,同时内部的用料也会变得更好,基本不会存在缩水的可能性。
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ATX 3.0的电源相比2.0会更加耐用。在ATX 3.0标准中,电源每年要应对175000次的开关机,平均下来每天开关机480次左右。ATX 3.0电源还调整PowerOn加电信号速度,加快响应和系统唤醒,理论上来说能够加快开机速度,系统启动时间更短。
同时,支持ATX 3.0的电源在低负载下能效也会更高,在规定中,电源在功耗只有10瓦或者在标称最高输出的2%时能效转换率要达到60%。以降低 转换损失。而INTEL建议在 10W 负载或 2% 负载時,电源应该达到 70% 转换效率。

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标准中还提到了会采用一套新的电源认证系统叫cybenetics。相比较常规的80PLUS认证,这套认证系统官方支持英语,德语以及中文三种版本,提供的资料也更加透明齐全,包括他们的测试方案以及测试设备介绍等。相较于80PLUS认证的关注重点在转换效率上不同的时,cybenetics认证不仅仅要看电源的转换效率以及PF值,还要考虑电源的待机功耗和+5VSB输出的转换效率以及电源的运行噪音,测试结果分为ETA(转换效率)级别认证和LAMBDA(运行噪音)级别两种。
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目前能找到有关ATX 3.0标准的电源分别有两款:ROG雷神二代,鑫谷GM1000W。
其中ROG雷神二代支持原生12VHPWR接口,鑫谷GM1000W则是双8PIN转接12VHPWR。ROG雷神二代更是通过了最新的cybenetics静音认证,个性的外观以及大眼睛是信仰玩家首选。

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除此,有两款新品ATX3.0电源也即将上市,分别是ROG 洛基与 TUF GAMING。
这两款电源均配备了原生 PCIe 5.0 接口和 16 Pin PCIe 5.0 供电线。
SFX-L 尺寸的 ROG LOKI 电源适合 ITX 机箱,支持 RGB 灯效和 AURA SYNC 神光同步技术。
新一代 TUF GAMING 电源在设计方面延续了 PCB 板三防涂层的设定,大大提升了品质表现,此外还采用了全模组设计,通过了 80 PLUS 金牌认证。
三、使用RTX4090显卡的建议和解决方案

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12pin新供电接口面向未来,最直观的体验就是给显卡输出稳定的600W大功率,让往后的GPU发展留下更加广阔的空间和前景。
然而这是基于ATX3.0规格电源的新接口,因此哪怕是过往额定千瓦白金认证的旗舰级别电源也是不具备此接口。万幸,新发布的RTX4090显卡都配备一条四8针转16针线材,都是两条一拖二的8针。这种解决方案其实就是和当年双D口转6pin的一样,属于一个折中方案。
最大的问题就是对线材和接口要求极高。

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RTX 4090接连被曝出烧毁问题,都发生在新的16针供电接口上,而且使用的都是都是四个8针转16针转接线,连接显卡12VHPWR接口处因为过热而烧坏。
这个转接线的规格则是英伟达统一的,它其实和原生的ATX3.0模组电源的PCIe 12VHPWR接口线有一些细微的区别:比如更短、线材的材质有一定的区别等。大部分事件里,“起火点”或者说“熔融点”都是转接口和线缆结合部,用户反馈显示出问题可能出在附带的12VHPWR电源转接头的设计上。其实早在12VHPWR转接线首次在GeForce RTX 4090上亮相之前,PCI-SIG这个制定PCIe5.0标准的组织就记录了潜在的热变化问题:

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从上图的PCI-SIG评测报告可以看出,多个厂商的转接线未能通过测试。而问题就在于转接线本身,而不是12VHPWR接口。
这些转接线的电缆,即使它们是品质不高的低绕线组工艺,只要它们是拉直的没有弯曲,就不会失效。但一旦通过理线或者转接线线缆本身有弯曲,导致线缆的弯曲距离转接头小于30mm,弯曲电缆就会太靠近接头,导致一些供电端子松动,形成不均匀的接口和线缆配合。

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2VHPWR接口的安全性是有效的,但只有当使用的电源与“原生”12VHPWR接头有良好的质量,采用16AWG规格电缆,或至少使用的12VHPWR到4x 6+2的转接引脚适配器质量过关时,安全性才有效。
而且转接口上超过40个连接周期(拔插次数)也会导致本来是直插的线缆也出现问题。

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通过德国知名的硬件实验室igor,也对附带转接线+4090的工况进行了调查。转接口的上面六个黄色连接,包括所使用的转接桥电路。从电气原理上说,可以发现所有12V引脚仍然相互连接,然后再次连接到四根馈电线: 一共有四根粗大的14AWG电线分布在总共六个触点上,两根外部导线分别与一个引脚焊接,两根中间导线分别与两个引脚焊接。焊基是一个仅有0.2毫米的薄铜基,每根进线的宽度为2毫米,然后导致每对中间连接的宽度为4毫米。将一根甚至两根14AWG的电线焊接在上面是非常不稳定的。
而这种状态随着转接线在装机理线时的弯曲,或者是拔插次数增多后,变得严重,最终变成了外面的两根线断了,那么中间的整个电流就会流过剩下的两根线,然后才会再次分布在插头里,类似PC-SIG报告里的蓝色原理图。但即使是这种 "箔 "也很薄,不能取代真正的14AWG。最后转接头工况变得非常热,发生烧融事故。
因此igor持和PCI-SIG的实验结论一样的论点,12VHPWR接口没啥问题,问题在于目前显卡的转接线长度过短,线材工艺质量没考虑到装机弯曲后的工作状态:将四根14AWG导线分别焊接在12VHPWR转接头的6个针脚上,把它们焊接在太薄的桥架上是很危险的,因为导线的末端可能在焊点处断裂(例如,当扭结或弯曲几次时)。
此时直接在适配器的接头处弯曲或扭结导线,会给焊点和桥架带来太大的压力,这样它们就会断掉。
引脚之间的内桥太薄(导致横截面),无法补偿两个或三个而不是四个连接的12V线路上的电流流动,最终出现事故。

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相比而言,采用真16AWG规格电缆线径明显比起过往任意电源的线材更粗,也比原装转接头采用的线材粗,并且在理线需要弯曲处进行了特别缠绕加固。
根据规范,16针原生接口的最高耐热温度为105℃,对比还有超过还有40℃的距离,可以放心安全使用。
总结:
RTX4090和16pin供电本身在设计上并无问题,主要还是压差与对材料要求过高,导致问题出现。相比而言,一步到位选用ATX3.0方案新电源是一个积极的投资,不仅仅解决隐患,还能投资未来十年甚至更长事件的旗舰显卡需求。毕竟ATX3.0不仅仅有可靠的电气特性,更有更加稳定的波纹以及更高效的转换率,建议尝鲜RTX4090的高端用户,直接就入手ATX3.0,给显卡一个保障也提前享受新技术的红利。


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