Haswell電源全攻略,0.05A極低電流考驗+12V最低輸出極限

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DC-DC漸成主流

節能意識抬頭,80PLUS上路後大家逐漸從注重穩定性跳到注重轉換效率,連帶影響電源供應器內部架構變化,DC-DC變壓逐漸出籠,與傳統的二次側磁放大線路的架構相當不同,但這並不是說DC-DC變壓的效率就一定比較好,只是它比較容易達成。

DC-DC在主變壓器後分為2層架構,第一層直接變出+12V電壓,第二層再經由DC-DC變壓丟出+3.3V和+5V,由於+3.3V和+5V是由+12直流變壓而來,所以+12V必須要同時負擔+3.3V和+5V的輸出。幸好DC-DC變壓模組體積不會太大,+3.3V和+5V由磁放大改為DC-DC變壓所節省的空間可加大+12V的零件,提高+12V的負載量。

採用DC-DC結構有好有壞,像是磁性放大交叉負載範圍不大的問題就可改善許多,但因為DC-DC採用PWM控制,PWM運作時脈越高,就可越快對電壓做出修正,卻對輸出電壓電流造成漣波現象,電壓或是電流會在極小的區間震盪,夾雜高頻訊號輸出,因此DC-DC變壓經常使用固態電容進行濾波,因為固態電容的反應速度較電解電容快。

不管是DC-DC或是單磁、雙磁放大,對於Haswell來說,以上的推測狀況都僅是猜測,實際上還是必須做出測試才能夠確定。如果讀者想要打開自己的電源供應器觀察結構,請將電源供應器完全從市電斷電後,等幾小時後再把外殼打開,否則內部高壓電容瞬間放電可不是開玩笑的,足以致人死傷。

Haswell電源全攻略,0.05A極低電流考驗+12V最低輸出極限

▲DC-DC變壓模組比磁放大的體積小了許多,圖片下方2個黃色電感所安裝的電源處理子板便是供應+3.3V和+5V的地方。

主機板電源策略分歧

測試時本想找來Z87和H87、B85晶片組做出測試,價位帶正好是高中低階,可觀察不同的電源轉換模組是否能帶來不同的結果,可惜B85借測時間搭不上,成為小小遺憾。此次採用Asus Z87-PLUS(8相電源)和H87M-PRO(4相電源)做為Core i7-4470K的測試平台,並使用Intel所推出的Battery Life Analyzer 2.5抓取CPU的C state電源狀態以及電力消耗。

為了參考其它廠商主機板的結果,向廠商借來了GIGABYTE G1.SNIPER 5(16相電源)測試;在預設值下,G1.SNIPER 5是不開啟C6/C7電源狀態的,因此待機需消耗15~18W,進入BIOS將許多省電設定開啟後,才能夠低於1W以下。筆者猜測應該是廠商和主機板的定位不同,導致BIOS的預設值不同。

電表串連量電流

筆者額外購買1條ATX 12V CPU電源線,將其中的2條線材剪斷,串連至電表上量測通過的電流,再把這條線接在電源供應器和主機板之間。進行測試時還會分成使用內顯和外插顯卡兩組,看看少了CPU內建的GPU可不可以讓待機電流再下降一些。

2張主機板的BIOS皆為預設值,使用內建顯示的情況下,Z87-PLUS和H87M-PRO的CPU待機+12V輸入電流都在0.4A左右,如果外插顯示卡,電流不降反升,大約會多出0.02~0.04A(20~40mA)左右,看來PCI-E控制器比起內建GPU待機時還要耗電。

下圖所示是在待機時比較穩定的電流值,筆者在測試中最低觀察到0.33A的電流量。

另一方面,利用Battery Life Analyzer 2.5抓取的Package Power就好玩許多,CPU裝在H87M-PRO的待機狀態消耗瓦數為4.3W左右、裝在Z87-PLUS則是在2W左右。如果插上顯示卡,使用H87M-PRO的CPU消耗瓦數上升0.3W、Z87-PLUS則是0.4W。

這解決了我們假設的第一個問題,Haswell的CPU在C6/C7時的電流量低於0.5A嗎?就此次測試結果看來是肯定的,但是還不至於低到0.05A這麼少。

或許CPU本身真的只有汲取0.05A的電流,但因為主機板上的電源調整模組不可能100%完整轉換能量,負載極低時的轉換效率一定更差,造成+12V的電流無法降到0.05A。

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▲Battery Life Analyzer是個分析工具,能夠抓取需多的資訊以便後續分析。

檢驗老舊PSU

一旦確定+12V輸入給CPU的電流低於0.5A,下一步就是測試看看採用磁性放大架構的電源供應器能不能通過Haswell的考驗。筆者收集了目前編輯部的還可以使用的老舊電源供應器,輸出瓦數從300瓦到1500瓦,不論是單磁還是雙磁放大都有。另外還向銀欣借測1款確定通過Haswell測試的對照組,二次測採用DC-DC架構。

需要額外說明的是1款銀欣STRIDER 1500瓦電源供應器,內部除了市電電源濾波部分之外,裡面其實是2顆電源供應器的構造,不管是一次側還是二次側都各有2組,這種設計在早期的大瓦數電源供應器還滿常見的,像是Thermaltake Toughpower 1000瓦也是這種雙組構造。至於這種構造會不會讓問題更雪上加霜?看下去就知道。

CPU功耗

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▲Asus Z87-PLUS使用內建顯示於C7 state時的CPU消耗瓦數。

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▲Asus Z87-PLUS使用獨立顯示卡於C7 state時的CPU消耗瓦數。

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▲Asus H87M-PRO使用內建顯示於C7 state時的CPU消耗瓦數。

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▲Asus H87M-PRO使用獨立顯示卡於C7 state時的CPU消耗瓦數。

(後面還有更多內容!)

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