台式机功耗测试：我们到底需要多少瓦？(ZT)

盗火线

http://hardware.mydrivers.com/2/137/137828.htm

前言

注：本文编译自Xbitlabs网站，原文链接在此。

如何为电脑系统选配合适的电源是一个永恒的话题，特别是当配置太过高档，而机箱自带的300--400瓦电源无法应付的时候。当然啦，你也可以简单一些，直接去买一个1000瓦级别的电源就好啦，不过这么做可能会很浪费。很多时候我们无法搞清楚一台电脑中各个部件到底消耗了多少瓦电力，这是因为：显卡和CPU厂商为了保险起见，总是夸大产品的实际功率需求；各种各样的功耗计算器总是使用笼统的数据；很多计算机类媒体对于电脑实际功耗的测量非常匮乏。

当你打开一片硬件评测文章，翻到其功耗测试部分，你会发现功耗数据是通过墙上的220V市电插座测试出来的。这种测试非常容易，只要花不到50美元买一块消费级的功率表就可以了，它可要比那些严谨认真的测试工具便宜多了。

通常情况下，这种功率表的准确性还是相当高的，特别是当负载为几百瓦并且属于非线性负载的时候（计算机电源，特别是没有主动PFC的电源，就是一种非线性负载）。这种功率表中包含一个专用的微控制器，可以通过时间对电流电压积分，从而计算出负载消耗的有功功率。




几乎每一个计算机类媒体在测试功耗时，都会采用这种消费级的功率表。我们实验室里也有一个，但是并不用它来做严谨测试，只是在需要对某台计算机的功耗作出快速估计的时候才会使用，因为它很方便，不需要做什么准备工作。

消费级功率表所提供的测量结果与电脑的实际功耗并不完全相符，这是因为：

（一）电源自身的效率没有考虑进去。比方说某个电源的转换效率为80%，当负载实际消耗为500瓦时，这个电源将从220V市电中消耗500/0.8=625瓦。如果采用这种测量方式的话，将会得出625的结论，你可能会据此去选择额定功率为650瓦的电源，而实际上550瓦的电源就够用了。当然，你也可以把效率因素考虑进去，重新计算结果，但这要求你必须首先把电源详细测试一遍，记录它在不同负载下的效率值。这样做显然非常麻烦，而且测试结果也不够准确。

（二）这种测量方式得到的是平均值而非最大值。现代的CPU和显卡的功耗，能够在极短的时间内发生极大的改变。采用这种测量方式的话，你将无法看到电流在极短时间内的变化（spike），因为这些极短时间内的变化（spike）都被电源里面的电容器消除掉了。

（三）这种测量方式无法告诉我们负载是如何分布的，比如+5V，+12V，+3.3V的电流各是多大，这些信息非常有趣，同时又很重要。

（四）最后也是最重要的一点。这种测量方式无法告诉我们CPU消耗了多少瓦，而显卡又消耗了多少瓦，你仅仅能得到一个所谓的“系统整体功耗”。

除了用消费级功率表来测量以外，还可以通过测量电源内部各路电流的大小来计算功耗。这种方式从技术上实现比较困难，但也不是完全不可能，比如技嘉的Odin GT电源就采用了这种设计，其内建了一个功率表。技嘉的Odin GT电源完全可以用来组建一个功耗测试平台，事实上这是一个蛮不错的方案，我们之所以没有选择它，是因为我们想要组建一个更加普遍和灵活的测试平台。


我们的测试设备和测试方法

最简单的方法，就是通过在电源的各路电缆中串入分流器（一种阻值很小的电阻器）来测量电流大小，但是这种想法马上就被抛弃了。因为大电流级别的分流器不仅个头相当大，而且其压降为几十毫伏，这对于电源里的+3.3V这一路来说确实大了点。值得庆幸的是，Allegro微系统公司生产了非常优秀的基于霍尔效应的线性电流传感器，这种传感器能够将其传导通路中电流产生的磁场转化为输出电压，同时具有以下优点：

*当测试电流通过其传导通路时，传导通路的内阻不超过1.2毫欧。这样的话，即使测试电流高达30安培，压降也只有36毫伏。

*该传感器具有线性特征，输出电压与测试电流成正比关系，这样就不必涉及到复杂的算法。

*该传感器的传导通路和感应部分是电气绝缘的，因此它们可以用来测量不同电压回路中的电流，无需同步。

*该传感器采用紧凑的SOIC8封装，仅有5毫米大小。

*该传感器可以直接与模数转换器的输入端相连，无需电压等级匹配，也无需电流解耦。

我们选用了Allegro公司的30安培级别的电流传感器ACS713-30T。由于它的输出电压和测试电流直接成正比，因此测量出输出电压以后，再乘以一个适当的系数，就可以知道电流的大小了。输出电压可以通过万用表来测量，之所以没有采用，是因为它很不方便，而且标准型的万用表响应速度也不够快。再有，为了同时测量各路电流，可能需要多个万用表。这样一来，整个测试过程将是一项繁重的体力劳动，显然很不合适，因此我们决定自己制作一套完整的数据采集系统。



为了将传感器的输出电压模拟信号转变为数字信号以便读取，我们选用了Atmel公司的8-bit微控制器ATmega168。利用它的8通道10-bit模数转换器，我们一共连接了8个电流传感器。从图中可以看到，除了ATmega168微控制器和8个ACS713传感器以外，还有一个相对大一点的芯片FTDI FT232RL。它是一个USB接口控制器，测试过程中的数据就是通过它和记录电脑的USB接口相连的。只要你愿意，你甚至可以使用正在进行功耗测试的电脑来记录它自身的功耗数据，并没有任何使用上的限制。但假如你想从按下电源开关那一瞬间就开始记录的话，这时就需要另一台电脑来帮忙。



这块采集卡小巧方便，大小约为80毫米x100毫米，正好可以安装在一个电源上，而电源又可以放在一个标准的ATX机箱里面。上图照片为采集卡安装在PC Power & Cooling公司的Turbo-Cool 1KW-SR 1000瓦电源上。

这个数据采集系统在使用前必须首先经过校准。方法是让一个已知大小的电流流经每一个测试通道，然后该电流和ACS713传感器输出电压之间的比例系数就可以被确定下来。由此产生的8个通道的比例系数都被存储在ATmega168微控制器的ROM里面，并且绑定到这张采集卡上。这张卡随时可以重新校准，向ROM中写入新的系数。


图中横坐标为时间（单位：0.1秒），纵坐标为电流（单位：安培）

我们为这张采集卡开发了一套专用程序，它能够以实时模式获取每个通道的测量数据。这套程序可以自动记录各个通道电流的瞬时值、最大值、最小值、平均值，还可以自动计算出具有相同电压的测试通道的电流总和，以及整台电脑功耗的瞬时值、最大值、最小值、平均值。

顺便说明一点：分别测量各路电流的最大功耗，再把它们加起来得到总的最大功耗，这样做是不对的，因为各路峰值电流有可能是在不同时刻出现的。比如对于硬盘来说，在按下开机按钮后5秒钟主轴马达启动时，+12V达到3安培的峰值电流，而显卡则在FurMark测试开始后其+12V才达到10安培的峰值电流。这是否意味着系统中+12V总的最大电流消耗就是13安培呢？显然不是。因此这套程序采用的是计算系统每时每刻的瞬时功耗，然后再从中选出最大值，得到最大功耗。

在这套程序中，你可以为8个测试通道分别选择不同的名字和颜色，所有的测量结果都以图表的形式显示出来，可以保存为图片格式，也可以保存为文本格式。采样频率设定为每秒钟10次，虽然采样次数可以继续增加，但是那样做并没有必要，因为数据量太大并且测量结果也没有什么变化。需要说明的是，这套系统并没有去测试实际的电压值，它在计算功率的时候，是通过假定+12V/+5V/+3.3V各路电压都是理想的12.0V/5.0V/3.3V来完成的。在本次测试中，主板+12V和硬盘+12V所消耗的电流被放在一起。以后测试显卡功耗的时候，我们会把主板上PCI Express显卡插槽所消耗的电流单独拿出来测量。

现在我们有了一个连接方便、使用简单、用途广泛并且足够精确的功耗分析系统，既可以用来测试“系统整体功耗”，又可以用来分析某一具体部件的功耗。下面我们就来展示一下这套系统的威力，用它来测量5套不同配置的电脑，包括从低端的“办公打字机”到顶级的“专用游戏机”。


流游戏电脑测试

CPU：英特尔Core 2 Duo E8600（3.33GHz）

散热器：极冻酷凌Igloo 5063 PWM（E）PP

主板：华硕P5Q（P45芯片组）

内存：金士顿ValueRAM DDR2 800 2GB x 2 CL6

硬盘：希捷酷鱼7200.12 500GB

显卡：蓝宝石Radeon HD 4850 512MB

DVD刻录机：索尼日电Optiarc AD-5200S

读卡器：索尼MRW620

机箱：迎广S627TAC（450W电源）

操作系统：32位Vista Home Premium SP1



Windows启动：CPU和显卡分别在开机后5秒钟和12秒钟进入节电状态。E8600毕竟是目前最快的双核处理器，所以机器启动速度非常快。



3DMark06测试时，显卡功耗变化很快，而且变化幅度也很大，+12V辅助供电接口的电流会迅速跌至4安培以下，然后又猛窜到7安培以上。从图中可以看出CPU在大部分时间里都处于闲置状态，功耗并不高。



虽然FurMark测试对显卡施加了很高的平均负载，但是却没有出现3DMark06测试中7安培的峰值电流，这一点很有趣。由于在此项测试中CPU负载明显高于3DMark06，所以各路+12V电流总和大于3DMark06。




到了Prime95测试环节，显卡终于可以歇一歇了，其辅助供电接口电流仅有1安培。CPU功耗虽然增大，但是始终也没有超过50瓦，这个数字其实还包括了供电单元的消耗。



FurMark和Prime95同时运行时，系统功耗达到最大，你可以看到显卡的功耗明显大于CPU。+12V主板/硬盘这一路满载电流为4安培，其中有很多都被Radeon4850显卡通过PCI Express接口消耗掉了。

测试结果汇总



这台游戏电脑的最大功耗只有189瓦，一个300瓦的电源就已经多出了50%的功率储备。对于这种配置的电脑来说，绝对没有任何理由去购买超过400瓦的电源。


高端游戏电脑测试一

CPU：英特尔Core i7-920（2.66GHz）

主板：技嘉GA-EX58-UD3R

内存：三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9

硬盘：希捷酷鱼7200.11 ST31000333AS（1TB）

显卡：丽台WinFast GTX 260 Extreme+ W02G0686 896MB

DVD刻录机：索尼日电Optiarc AD-7201S

机箱：迎广J614TA F430（550W电源）

操作系统：32位Vista Home Premium SP1

如果你在硬件论坛就以上这套配置向别人发帖询问的话，很多人都会建议你至少购买750瓦的电源。下面我们就来看一看，它的最大功率到底有多少？




由于Core i7和GeForce GTX 260都有节电技术，所以Windows启动过程没有什么特别之处。



3DMark06测试再次印证了一条真理：不论你的CPU有多牛B，随便找一块高端显卡都可以在功耗方面把它打败。




FurMark测试中，显卡功耗以6到7秒为周期进行有规律地变化，这种现象不好解释，可能是由于FurMark的特性所导致的。CPU显然没有满载，其功耗几乎维持在36瓦不变。




Prime95测试中，又轮到显卡休息了，CPU功耗则从闲置状态下的20瓦猛增到接近120瓦！看来英特尔的处理器在电源管理方面确实很优秀，真的应该好好表扬一下，同时希望未来32纳米处理器的满载功耗能够降低一些。



在Prime95和FurMark同时运行时，Prime95最大程度地占用了Core i7的8个线程，这使得Core i7过载了。Core i7虽然性能强劲，但是在以8线程开启Prime95的情况下，并不能够同时满足来自于显卡的运算需求。结果导致显卡只能渲染一帧，等待一下，然后再渲染一帧，再等待一下，于是就出现了图中所示的显卡功耗急升急降。如果是采用消费级功率表测量整体功耗的话，则只能显示出平均值，无法显示出最大值。

测试结果汇总



这台高端游戏电脑的最大功耗其实只有371瓦，一个550瓦的电源就可以轻松满足它的需要。另外，这台电脑开机时+5Vsb电流只有0.1安培，是这几套配置中最小的，但是S3模式（Suspend-to-RAM）下却增大为0.7安培。
高端游戏电脑测试二

这套配置是在前一套的基础上将显卡换成双芯片的华硕ENGTX295（GeForce GTX295），这也是目前最顶级的游戏配置了。

CPU：英特尔Core i7-920（2.66GHz）

主板：技嘉GA-EX58-UD3R

内存：三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9

硬盘：希捷酷鱼7200.11 ST31000333AS（1TB）

显卡：华硕ENGTX295/2DI 1792MB

DVD刻录机：索尼日电Optiarc AD-7201S

机箱：迎广J614TA F430（550W电源）

操作系统：32位Vista Home Premium SP1



Windows启动：开机后大约15秒左右，随着ACPI驱动程序的载入，CPU节电技术顺利开启。而显卡的情况则有一些不同：开机后大约30秒的时候，GTX295其中一个+12V辅助供电接口的电流下降，但与此同时+3.3V这一路的电流却从5安培提高到6安培。由于前一套配置在启动过程中并没有出现这种现象，所以这一定是由于更换GTX295显卡所导致的。在开机后40秒左右，显卡的两个+12V辅助供电接头的电流都变大了，同时+12V主板/硬盘的功耗也增加了，增加的这部分只能归结于PCI Express显卡插槽电流增大。因此，对于GTX295这样的双芯片显卡来说，你不能指望它在功耗方面能有单芯片显卡那样的表现，即便是在Windows桌面闲置的情况下。



3DMark06已经不能对现代的高端游戏电脑施加足够的压力。虽然CPU和显卡的功耗波动很剧烈，但是二者都没有进入满载状态。



在FurMark测试中，显卡的功耗曲线好看多了（满载）。同时还可以发现，显卡功耗在测试过程中缓慢上升，这是由于显卡越来越热所造成的。



Prime95使得CPU的功率激增了100瓦。从图中还可以看出，CPU功耗曲线微微上翘，这同样是由于温度升高所导致的。因为对于半导体芯片来说，温度越高，功耗就越大。



同时运行FurMark和Prime95时，情形与上一套配置类似：CPU已经过载，无法同时满足来自显卡的运算需求。

现在来对比一下，如果采用以往那种测量方式，将会得到什么样的结果？我们改为使用文章开头提到的PM-300那种消费级的功率表来测试，它向我们报告功耗最大值为490瓦。如果电源转换效率按照90%来计算，这意味着整套电脑最大功耗为441W。但是利用我们自己开发的这套工具，测试结果却表明，实际最大功耗已经超过了500瓦。为什么会有这么大的差异呢？原因就在于，当系统功耗快速而又剧烈波动的时候，功率表报告的是平均值，而非最大值。

测试结果汇总



对于Core i7和GeForce GTX 295这种顶级配置来说，750瓦电源就已经绰绰有余了，因为它多出了50%的功率储备。请注意，503瓦的最大功耗数据是在极端重度负载的情况下达到的，现实中没有哪一部游戏作品能够像FurMark + Prime95这样残酷地折磨电脑。也就是说，750瓦的电源实际上拥有更大的功率储备。


最后奉上5套配置的最大负载（FurMark + Prime95）和典型负载（3DMark06）功率需求总结

john

1.火星帖
2.转贴要转全，图一张都没有
3.按他们的想法去买电源，很有可能直接死给你看

SuperStar97

本帖最后由 SuperStar97 于 2009-9-16 17:16 编辑

我的配置I7 920
华硕P6TSE X58
6GB DDR3 1600
GTX260+
WD1TB
加个DVD光驱和120G的IDE硬盘
配峰值400W电源，没发现有什么问题。

532

zcy 牌电源发来贺电

Stuka

我的配置I7 920
华硕P6TSE X58
6GB DDR3 1600
GTX260+
WD1TB
加个DVD光驱和120G的IDE硬盘
配峰值400W电源，没发现有什么问题。
SuperStar97 发表于 2009-9-16 17:14

虚标自重,额定300W配i7本区已经有阵亡实例了

黄昏之月

首先是虚标，其次时间长了电源功率会下降

Cityrat

坚持Antec 850W电源路线，坚定不移

yuxiao

我的配置I7 920
华硕P6TSE X58
6GB DDR3 1600
GTX260+
WD1TB
加个DVD光驱和120G的IDE硬盘
配峰值400W电源，没发现有什么问题。
SuperStar97 发表于 2009-9-16 17:14

这样硬盘比较容易挂

ViVac

我的配置I7 920
华硕P6TSE X58
6GB DDR3 1600
GTX260+
WD1TB
加个DVD光驱和120G的IDE硬盘
配峰值400W电源，没发现有什么问题。
SuperStar97 发表于 2009-9-16 17:14

用了多长时间了?还能用多长时间?

winterfall

PC区高端电源热完全是歪风邪气

deatheye

买了I7+260，缺用着350w的航嘉，这才是歪风邪气

john

我还真没在PC区看过几个用高端电源的

甘蔗你知道高端两个字怎么写么

Stuka

我也问问什么是高端电源

fantastical

Antec Signature 850W……

不过到底要到多少才算高端？

winterfall

推荐电源完全超过实际所需，怎么不高端了

5200加g31都推荐个四五百块的，这不是吃饱了撑么

电源这种东西最没技术含量完全就是自high，网吧二十四小时开机照样廉价山寨电源成批买

john

我觉得吧
750W以上或者人民币800以上的可以算高端了，当然这个价格是算行货

Stuka

推荐电源完全超过实际所需，怎么不高端了

5200加g31都推荐个四五百块的，这不是吃饱了撑么

电源这种东西最没技术含量完全就是自high，网吧二十四小时开机照样廉价山寨电源成批买 ...
winterfall 发表于 2009-9-17 14:26

网吧的机器坏了让客人换个位置就是，慢慢修

何况网吧的配置没几个耗电峰值超200W的

john

电源没有技术含量

台达泪目

Cyric

5200加g31都推荐个四五百块的，这不是吃饱了撑么

winterfall 发表于 2009-9-17 14:26

怎么会，给这种配置的人在PC区早被人喷死了，最多考虑到以后会加块独立显卡比如4850，而推荐300元出头的EA380之类的电源。

john

随便查了几台机器的配置
XPS一，最高配i7 940+HD4850，台达爸爸的360W
XPS二，最高配i7 965+HD4870，打着Flextronics标的475W
XPS三，最高配i7 965超频+GTX280 SLI或HD4870X2(CF?)，台达/高效1000W
Studio一，最高配Q6700+HD3650，Pegatron标的350W

penpk

……先不说本来这个就没什么技术含量……但说没把超频这个超级不稳定因素加进去进行测试就已经很2了……



这文章只有50%可参考价值

Cityrat

谁有声音轻的500w，我要换！