[心得] 使用多显卡的危险性-浅谈电脑用电安全

楼主: davev (dave)   2019-05-21 22:02:01
==== 文长,所以提供简易结论 ====
除非主机板上有给PCI-E插槽额外的供电,
或是您非常清楚显示卡会从PCI-E插槽抽取多少电量,
否则使用二张以上的显示卡是非常危险的行为,应该避免使用。
==== 遭遇情况 ====
烧熔的ATX 24-pin电源线:
https://i.imgur.com/2RHwaVI.jpg
被波及的主机板电源插座:
https://i.imgur.com/oB1HxEL.jpg
凶手-二张ASUS STRIX RX570:
懒得拆下,用官网连结:
https://www.asus.com/tw/Graphics-Cards/ROG-STRIX-RX570-O4G-GAMING/
其它角色:
CPU - [email protected]
RAM - DDR3-1600 8GB*2
MB - GA-970A-UD3
Power - 曜越 Toughpower 750W
==== 事发经过 ====
最近有批RX570好便宜,趁低价收了两张想玩玩CrossFire,
上机跑FurMark测稳定度,同时也跑prime95测CPU和RAM,
约半天后发现已经自动关机,重开测试后半小时又自动关机,
目测应该是电源供应器触发某种保护机制而自动切断电源,
拆机检查后发现ATX 24-pin电源线出现烧毁现象。
==== 事后检测 ====
因为ATX 24-pin电源接头的一部分烧熔在主机板上的插座里,
没办法只好再装回去开机测试。
结果可以开机,可以进入Windows,可以跑prime95测CPU和RAM都正常,
只有测显示卡时会触发自动关机。
将显示卡装到另一台电脑上分别检测,也跑FurMark做烧机,也都正常。
所以看来就只有ATX 24-pin电源接头烧掉,
主机板应该也没事,只是电源插座里的残渣冷却后硬化,
用蛮力也清不掉,也没办法接上其它电源供应器使用。
==== 启动调查 ====
拜见Google大神后的结果:
中文圈内的相关案例查不太到,外国的案例比较多,
共通点都是在安装二张以上显示卡的情况下发生,
因此怀疑目前电脑的供电设计根本不安全。
以下是我研究后的结果:
==== 电脑中各电源接头的电流上限 ====
注意,这里是指电源接头本身,不包含连接的电源线,二者各有各的电流上限。
要更细分的话电源接头里面的金属接点也有电流上限,但在此一起讨论。
电脑中的电源接头除非另外规定,否则默认都是使用Mini-Fit Jr. 这个规范:
http://www.mouser.com/pdfdocs/Molex_MiniFitFamilies.PDF
当一个接头中的回路(一供电线和一地线算一回路)数目愈多时,
每个回路能承受的电流愈小:
2~3回路: 8A
4~6回路: 7A
7~10回路: 6A
12~24回路: 5A
以下是各种接头的电流上限:
+大4PIN: 8A
正式名称为AMP MATE-N-LOK 1-480424-0 Power Connector,还是叫它大4PIN就好。
提供+12V和+5V二种电压,二回路,套用Mini-Fit Jr.规范,安全电流上限为8A。
金属接点的电流上限有11A,故不是瓶颈。
大4PIN是现在电脑中最古老、也最粗勇的电源接头,+12V足足可提供96W的功耗。
+SATA电源: 4.5A
提供+12V、+5V和+3.3V三种电压,每个电压在接头内部分为三个金属接点,
每个金属接点最大可承受1.5A: ppt.cc/fEFf8x
https://www.molex.com/molex/products/datasheet.jsp?part=active/0675810000_CRIMP_TERMINALS.xml
所以每个电压最多可承受4.5A,+12V可提供54W的功耗。
相比大4PIN,SATA电源给人脆弱、容易烧起来的印象,实际上也是如此。
从规格上来看4.5A的电流上限先天就比大4PIN少非常多,
又因为其独特的接头设计实在太过"纤细",相比其它接头套管式的金属接触"面",
SATA电源只是金属接触"点"而已,只要稍微接触不良或是接头品质差,
就会造成阻抗变大,容易产生高温甚至直接烧起来,
因此SATA电源无疑是电脑中最脆弱的电源接头。
另外,SATA电源所能承载的功耗是最小的,将SATA电源分接或是转成其它接头的做法,
现在来看根本是拿自己的安全开玩笑,尤其是转成PCI-E 6-Pin/8-Pin拿去接显示卡,
最危险。
+PCI-E 6-Pin: 8A
实际只使用5 Pin: +12V*2、地线*2和一个讯号线给显示卡侦测接头是否有连接上。
电源供应器可能为了商业因素或是做成与8-Pin相容的6+2-Pin形式,
将没在用的Pin也补上,不管如何+12V就只有二组回路,所以安全电流上限为8A,
二组+12V足足可提供192W的功耗。
但是PCI-E联盟为了安全起见,限制此接头的功耗为75W,保留整整117W的安全范围,
每组+12V回路只需负担最大3.125A的电流,
所以无论是一条电源排线上分出二个PCI-E 6-pin接头,
还是显示卡从此接头稍微抽取超过75W的电量,都还是十分安全。
+PCI-E 8-Pin: 8A
相比PCI-E 6-Pin多增加一组+12V回路和另一个讯号线,当二个讯号线都连接时,
表示安装的是PCI-E 8-Pin电源而非6-Pin。
总计三组+12V回路,安全电流上限依然为8A,+12V总计可提供288W的功耗。
同样地,PCI-E联盟为了安全起见,限制此接头的功耗为150W,保留138W的安全范围,
每组+12V回路只需负担最大4.17A的电流,
所以无论是一条电源排线上分出二个PCI-E 8-pin接头,
还是显示卡从此接头稍微抽取超过150W的电量,都还是十分安全。
+CPU 4-Pin or 8-Pin: 8A、7A
CPU 4-Pin包含二组+12V回路,所以安全电流上限为8A,总计可提供192W的功耗。
CPU 8-Pin包含四组+12V回路,电流上限依据规范为7A,总计可提供336W的功耗。
+ATX 24-Pin: 6A
回路数目有点难计算,但应该落于7~10回路这范围,所以安全电流上限为6A。
特别要注意其中只有二组+12V回路,最大负担144W的功耗,请记住这关键的数字。
==== 电源线的安全电流上限 ====
电源线能够承受的电流上限跟电源线的截面积和包覆的绝缘材质有关,
因为电流经过时会产生热量,当电源线的温度超过绝缘材质能忍受的极限,
就会开始燃烧,所以截面积愈大(电阻低减少发热)、材质愈耐热则电流上限愈大。
除了少部分在设计上用电量就不多的线路以外,大多电源线都是使用18AWG的截面积,
只是厂商毕竟不是吃素的,为了省成本,绝缘材质会依据接头的不同做调整,
有些能耐热105°C,有些只有80°C,可想而知耐热105°C能承受的电流会比较大。
那么电源线安全的电流上限究竟为何?
很难说,因为那是动态的。
除了截面积和绝缘材质以外,目前的室温、空气的流通程度(散热快慢)、
芯线数目都会影响。所以没有任何一家厂商会(或者说"敢")标示能耐多少电流,
只会标示截面积和耐热温度而已。
根据从有相关工作经验的学弟那得来的资讯,线材厂商给的是一个表格,
标示在不同室温下,电流的上限值,随温度上升而下降,
因此做好机壳内的散热也有助于用电安全。
大致上来说,线材的电流上限都会做的比接头大一点,再不超过40°C的室温下,
ATX 24-Pin用的线材会有约略6.5A以上的电流上限,
其它接头的线材会有9A以上甚至到11A以上,
只是厂商不公布的话,我们永远无法得知确切的数值。
这里要注意的是,虽然线材的电流上限通常会比接头大,
但是一条电源排线通常都会分出多个电源接头,
如果将多个接头都接上高耗电装置,超出线材能承受的上限,依然会烧。
==== PCI-E插槽的供电规范 ====
根据PCI-E联盟的规范,供电限制会根据接口卡使用的插槽长度和卡的大小而决定。
对,你没看错,是根据"长度"和"大小"来决定的:
http://read.pudn.com/downloads166/ebook/758109/PCI_Express_CEM_1.1.pdf
page:35~36
PCI-Ex1: 10W or 25W
PCI-Ex4: 25W
PCI-Ex8: 25W
PCI-Ex16: 25W or 75W
10W: +3.3V最大3A,+12V最大0.5A,合计最多10W。
25W: +3.3V最大3A,+12V最大2.1A,合计最多25W。
75W: +3.3V最大3A,+12V最大5.5A,合计最多75W。
一般常说的PCI-E插槽最大供应75W的功耗就是这么来的,
其中+12V最多提供5.5A=66W的电量。
==== 主机板供电架构 ====
在此先推荐林董的影片: https://youtu.be/4HU40tgGByY
此影片介绍了现今主机板的供电架构,加上其它的资料,将重点整理如下:
1. CPU供电与其它部分完全独立,由专门的回路供电。
2. 主机板的其它部分,包含RAM、芯片组、其它芯片、各种插槽、风扇插座、
没意义的灯光、甚至USB的供电等都是由ATX 24-Pin负责供应。
3. 以前主机板用电主要使用+3.3V和+5V,这也是ATX 24-Pin中含有相当多组
+3.3V和+5V脚位的历史因素,但随着用电量增加以及半导体的进步,
现在的主机板主要从+12V取得电力。
4. 主机板上的电源插座现在用的都是防火材料,板厂不会去省这边的钱,
所以会烧起来的是电源线,主机板的部分不会有损伤。这部分与我这次的情况相符。
5. ATX 24-Pin中只有二组+12V供电,且直接供给PCI-E插槽,
主机板没有多做电源转换之类的事。
6. 林董说,简单判断线材有没有过电流的方法是:(你在去摸看看那个线,那个线的皮
会不会软掉,软到让你觉得它已经快脱落了,基本上这样判断就可以了。)
-> 我把这当作是至今为止主机板厂对供电安全的态度,将留在后面加以批判。
==== 烧电源线的原因 ====
至此,蒐集的资料已经足够推论出这次烧电源线的原因:
1. ATX 24-Pin中二组+12V供电最大负担为144W。
2. 主机板上除CPU以外都由ATX 24-Pin负责供电,包含所有插槽。
3. 每个PCI-Ex16插槽最大需供应+12V 5.5A=66W的电量,
装二个显示卡的话最大会需要供应132W。
4. 假测双显卡满载,那么只剩下144W-132W=12W可供主机板上其它元件使用。
这次使用的显示卡Asus Strix RX 570 OC,根据资料这卡会对PCI-E插槽超抽电量,
双卡就超过132W,再加上主机板芯片组为AMD 970,南北桥TDP加起来有19.6W,
还不用加上RAM、其它芯片、风扇等耗电就已经超过144W的上限,
所以ATX 24-Pin烧起来还真是毫无悬念...
那么还剩下一个问题: 怎么知道显示卡从主机板用多少电呢?
==== 显示卡从PCI-E插槽吸取多少电流 ====
不管是AMD还是Nvidia或是任何一家显示卡厂商,都没有提供相关的资料,
好在老牌的www.tomshardware.com有提供实测数值,真是佛心来着。
在这部分我想顺便将显示卡分成不同组别,来表示双卡使用时的安全程度。
我想借用PCI-E 6-Pin/8-Pin最大功耗时的电流值3.125A、4.17A来分组会是
个比较有依据的做法,加上5.5A的上限值,共分为五组。
整理结果如下,仅列出烧机时+12V的电流值:
+炸弹组(>5.5A,也就是超抽):
7.08A (Peak 9.67A) - AMD RX 480公版,超抽修正前 -> 超级炸弹
5.6A (Peak 5.9A) - Asus Strix RX 570 OC -> 凶手在此
5.6A - Gigabyte GeForce GTX 1070 Ti Gaming 8G
5.54A (Peak 5.78A) - NVIDIA GEFORCE GTX 1050 3GB
+危险组(>4.17A,双卡共吸取100W~132W):
5.3A - Nvidia GeForce GTX 1080 FE
5.3A - Sapphire Nitro+ RX 580
4.9A - Nvidia GeForce GTX 1060 FE 6GB
4.7A - Gigabyte GeForce RTX 2080 Gaming OC 8G
4.7A - GeForce RTX 2060 FE
4.6A - Zotac GeForce GTX 1080 Ti AMP Extreme
4.5A - XFX RADEON RX 590 FATBOY 8GB OC+
4.5A - Asus Strix RX 470
4.4A - Zotac Gaming GeForce RTX 2080 AMP
4.4A - Nvidia GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition
4.4A - Nvidia Titan X Pascal 12GB
4.4A - KFA2/Galax GeForce GTX 1080 Ti EXOC
4.4A - Nvidia GeForce GTX 1080 Ti Founders Edition 11GB
4.3A - Nvidia Titan RTX
4.3A - Nvidia GeForce RTX 2080 Founders Edition
4.3A - Gigabyte GeForce RTX 2070 Gaming OC 8G
4.2A - Asus ROG Strix RX 560 O4GB Gaming
+一般观察组(3.125A~4.17A,双卡共吸取75W~100W):
4.1A - Gigabyte GeForce RTX 2060 Gaming OC Pro 6G
4.1A - Asus Strix RX 460
4.1A - ASRock Phantom Gaming X Radeon RX590 8G OC
4.1A - Aorus GeForce RTX 2080 Ti Xtreme 11G
4.0A - ASUS ROG STRIX GEFORCE RTX 2070 O8G GAMING
4.0A - ASRock Phantom Gaming X Radeon RX580 8G OC
3.8A - Aorus GTX 1080 Ti Xtreme Edition 11G
3.6A - Zotac GeForce GTX 1070 Ti AMP Extreme
3.5A - MSI RX 550 Aero ITX 2GB
3.3A - Asus ROG Poseidon GeForce GTX 1080 Ti 11GB Platinum Edition
3.5A - EVGA GeForce GTX 1080 Ti FTW3
3.2A - Asus ROG Strix GeForce GTX 1080 Ti 11GB OC
+安全组(<3.125A,双卡共吸取<75W):
3.1A - Galax GeForce GTX 1080 Ti Hall of Fame
3.1A - Nvidia GeForce GTX 1660 Ti 6GB
3.0A - Nvidia GeForce GTX 1650 4GB
2.9A - MSI GeForce GTX 1050 Ti Gaming X 4 GB
2.7A - Sapphire Radeon RX Vega 64 Nitro+
2.7A - Gigabyte GeForce GT 1030 Low Profile 2G
2.6A - Radeon R9 Fury X
2.6A - AMD Radeon VII 16GB
2.5A - Asus ROG Strix Radeon RX Vega 64 8GB OC
2.4A - Radeon R9 Fury NANO
2.4A - PowerColor Red Devil RX Vega 64 8GB
2.4A - Gigabyte Radeon RX Vega 64 Gaming OC 8G
2.1A - Gigabyte Radeon RX Vega 56 Gaming OC 8G
2.1A - Nvidia GeForce GTX 1660
+超级安全组:
0.9A - MSI GeForce GTX 1080 Ti Lightning Z
0.7A - MSI GeForce GTX 1080 Ti Gaming X 11G
以上数据从www.tomshardware.com整理而成,详细讯息请直接查阅该网站。
由以上数据可得出以下几点结论:
1. AMD和Nvidia都有地雷,只是RX 480公版是颗超级大炸弹,抢去所有的风采。
2. 列在危险组以上的请避免长时间运作或烧机,请想想ATX 24-Pin的+12V回路
可负担的144W中,光是双卡就用去了100W以上,您用起来安心吗?
3. 显示卡从PCI-E插槽吸取的电流量跟显示卡的设计有关,芯片反而不是主要因素。
4. 中低阶没有PCI-E 6-Pin/8-Pin供电的显卡也可能很危险,
例如NVIDIA GEFORCE GTX 1050 3GB: ppt.cc/fLf9ux
https://www.tomshardware.com/reviews/geforce-gtx-1050-3gb-benchmarks,5654-6.html
5. MSI的1080 Ti为多卡使用时的首选。
==== 多显示卡用电不安全是谁的责任? ====
显示卡、电源供应器、主机板厂商都有责任,其中以主机板厂商责任最大。
+主机板厂商,应负责任50%
做个简单的类比,将主机板比喻为延长线,ATX 24-Pin插座为延长线插头,
PCI-E插槽为延长线上的插座,只是这个延长线不但本身会用电,还没有安全机制。
任何延长线都会标示最大电流量和能乘载的最大功率,主机板没有。
好一点的延长线会有断电保护机制,主机板没有,当过载时就直接放任电源线烧毁。
但是最大的过错是设计上的不负责任。
当这些厂商在主机板上放了一堆PCI-E插槽的时候,可有考虑过用电安全的问题?
只有很少数的主机板有提供+12V的额外供电输入,大部分都没有,甚至还有放上三个、
四个PCI-Ex16插槽,然后宣称可装三显卡、四显卡的,都没有想过ATX 24-Pin撑得住吗?
是不是给了一堆PCI-E插槽让卖像好看,然后想说反正没人会插满就不顾安全性了呢?
连告知消费者关于这部分的注意事项都没有,最起码要像内存相容性清单一样,
列个多显示卡使用时的安全清单出来。
主机板厂商目前唯一有做的只有将电源插座使用防火材质,让烧起来也是烧电源线,
正好把锅给电源供应器来背,还真是奸巧。
明明规范都摆在那里,从设计上让PCI-E插槽即使插满用满也是安全的绝对不是难事,
有没有心而已。
+显示卡厂商,应负责任25%
显示卡就像是延长插座上接的电器,一般电器还会标示功率,显示卡厂商可从来都
没有说过会从PCI-E插槽抽取多少电量,即使都小于PCI-E的规范,也该标示清楚。
A和N二家都做过主机板芯片组,多显示卡的应用也是它们在推,对于多卡使用下的
用电安全如此轻忽真是不可思议。
以蒐集的资讯来看,显示卡应优先从PCI-E 6-Pin/8-Pin供电,
尽量减少从PCI-E插槽抽取的电量才是安全的设计方式。
+电源供应器厂商,应负责任25%
长期怠惰,只会照着规范做产品,一昧宣扬大瓦数的好处,而忽略实际使用的安全问题。
每一个电源接头、每一条电源排线都应该要标示电流上限,至今没有任何一家厂商有做。
当主机板厂商使用防火材质做插座时,电源供应器厂商还是照以前那样做产品,
连背了黑锅都不知道。
==== 这次情况,我向谁要求负责? ====
ASUS 华硕
因为华硕的显示卡超抽电量,就是这么简单。
超抽就是错,没有照规范走就是错,没有超抽的话说不定还不会烧起来。
与华硕客服的交手就是启动此研究的动机,
华硕客服表示既然华硕的显示卡没出问题,烧的又不是他家的主机板和电源,
所以他也不能做什么,表示会将相关讯息交给RD研究后就没下文了,
大家看看,这就是现在华硕的品质。
==== 对现有产品,增加多显示卡用电安全的方法 ====
只有一种,增加+12V的供电回路。
愿意花钱的请购买EVGA Power Boost:
https://tw.evga.com/Products/Product.aspx?pn=100-MB-PB01-BR
插在PCI-E插槽上,经由插槽输入+12V给其它插槽使用。
这东西当时出来还被笑:是能超更高吗? 现在了解这是提供安全的重要产品。
喜欢DIY的可以用一个没在用的PCI-E接口卡,
自制一个跟EVGA Power Boost用途一样的装置。
或是利用主机板上的+12V电源接点,焊接上额外的电源插座,不过可能会失去保固。
==== 总结 ====
显示卡可从PCI-E插槽的+12V吸取最多66W的电量,
而主机板+12V最多可负担144W给除了CPU以外的所有元件使用,
所以多显卡使用时会有超过其上限的危险性,
因此除非您已经了解前面一大串在说些什么,否则应避免安装多个显卡在主机板上。
==== 转载资讯 ====
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作者: gfhnrtjpoiuy (against all odds)   2019-05-21 22:51:00
推 感谢分享
作者: qweertyui891 (摸鱼厨师)   2019-05-22 09:39:00
这张板子的时空背景这么久远,这帽子也是扣的上

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