PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

玩過顯卡的朋友估計對6pin、8pin +12V PCIe輔助供電接口都不陌生了。記得我在《後IB時代的GPU服務器:48V和液冷哪個先行?》中曾經介紹過,在OAM(OCP AcceleratorModuleDesign)規範中,12V最高支持到350W GPU等計算模塊,而48V可以達到700W TDP。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

相比之下PCI-SIG選擇繼續在12V上下功夫,目前PCIe 3.0的單卡最大功率只有300W,可以由主板75W + 8pin 150W+ 6pin 75W供電合併達到。未來PCIe將支持單個連接器+12V供電600W,大家猜猜用的多少pin實現?

PCIe 5.0供電:600W需要12V 55A

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

本文將引用3家公司的資料(網盤下載鏈接見文末),首先是連接器/線纜大廠安費諾(Amphenol)。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

背景中提到,PCIe Gen 5需要新的電源連接器。600W如果用48V只要不到15A電流,而12V則可能要55A。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

上圖即Amphenol的12V 600W設計,不難看出應該是用於機箱外供電連接的。大家可以留意下銅片的寬度和導線的粗細。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

第2份資料來自TE Connectivity。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

TE說他的600W只需要4pin 12V,也就是每條+12V導線承載30A電流,因為還有2條地線。如下圖:

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

這個看起來,還是像用於機箱外部供電的線纜吧?我要討論的重點在下面。

300W 6pin、600W 14pin和16pin連接器

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BellWether這家公司我不算熟,所以儘量以談技術為主。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

上圖左邊的連接器,在供電線纜的中間還有12條信號pin;右邊則是在3mm x 3mm的矩陣裡,用中間4條作為信號線,顯然後者的做法成本較低。

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這裡Bellwether還做了點競品分析,拉上了Amphenol和製造巨頭Foxconn,好像對Molex不是太有利?其實從技術角度我是尊重Molex的,還記得十多年前,我在服務器主板廠商工作時的老闆曾在一次發佈會上說:“插接件我們選擇用最貴的Molex,因為品質…”。

畢竟是過去的一家之言,我們還是回到技術來。上表中提到6pin可以供電300W,14pin和16pin連接器都支持600W,其中後者包含了4pin信號線。

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這裡就開始計算功率了。

300W的6pin連接器,公式為3(+12V導線數)x 10.5(電流A)x 11.04(電壓V)= 347W。

600W的14pin連接器,公式為7(+12V導線數)x 8.5(電流A)x 11.04(電壓V)= 656W。

600W的16pin連接器,公式為6(+12V導線數)x 10.5(電流A)x 11.04(電壓V)= 695W。

其中特別指出,6個+12V pin達到66A的電流,需要用16AWG銅導線。AWG是粗細單位,數值越大,導線的直徑越小。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

前面寫的電壓不是正好12V,而是按照+-8%容許誤差範圍中的下限值來計算,對應的上限就是12.96V。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

上面是連接器的參考圖。畢竟我還是主要關注機箱內部供電,最終相當於600W用12pin電源線(6條12V+6條地線)來實現,一個重要的指標是連接器/線纜的耐流值——10.5A-11A。

當前連接器/線纜耐流值:普及6A,8-9A優秀

我寫這些對於當下又有什麼用處呢?不知大家有沒有計算過,6pin 75W供電和8pin 150W(+12V也是3pin)每條線的電流是多大,是不是連5A都不到?

所以在有些時候,我們就能看到單6pin to雙6pin,或者單8pin to 8pin+6pin這樣的轉接。怎麼簡單衡量其合理性呢?

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上面照片為Dell Precision R7920工作站,其硬件(除顯卡等)與PowerEdge R740服務器共用2U平臺。我標紅圈的部分有2個225W GPU/顯卡供電連接器,就是分別可以通過線纜8pin轉8pin+6pin的設計。對於主板上的8pin來說,每條+12V導線的額定電流就要支持到6.25A(可能還要預留浪湧)。此時,普通耐流6A的連接器和線纜就不合適了,8A-9A級別器件在目前還算優質的。

擴展閱讀:《Dell PowerEdge R740xd解析:服務器只看參數那就錯了

其實塔式工作站的顯卡供電也是類似情況,負責任的大廠從每個零件的選料、公式計算到測試都有嚴格的流程。比如我們有時看到某款機型官方未正式支持GeForce RTX 2080 Ti,這款高端消費顯卡帶有雙8pin PCIe輔助供電,也就是瞬間運行功耗可能超過300W。如果換成DIY的做法肯定不會這麼嚴謹和保守。

PCIe 5.0供電規範:12V 600W如何實現?

在2080 Ti跑到250W時,3條+12V供電線的電流合計16A左右。可見桌面產品對材料的要求一般沒有企業級那麼高。

上圖是我在《460W電源能否帶動GeForce RTX 2080 Ti顯卡?》一文中測試的Precision 3630 Tower工作站。

一週前寫的《SolidWorks渲染測試:CPU & GPU光線追蹤性能、畫質對比》,我也提到了225W以上檔次的顯卡還是推薦850W機箱電源選項,特別是GeForce有時候自動超頻啥的,對TDP功耗的遵守不像Quadro和Tesla那樣嚴格。

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