Dlaczego komputerowe karty graficzne używają 8-stykowego złącza (4 dodatnie i 4 ujemne) zamiast złącza z pojedynczym dodatnim i ujemnym przewodem?

Zawsze zastanawiałem się, dlaczego komputerowe karty graficzne używają 8-pinowego złącza (4 dodatnie i 4 ujemne przewody) zamiast złącza z pojedynczym dodatnim i ujemnym przewodem.

Umożliwia to stosowanie wielu tanich złączy i przewodów zamiast pojedynczych grubych drutów i droższych złączy wysokoprądowych. Wiele cienkich drutów jest również bardziej elastycznych niż grube druty. Wiele styków na płytce drukowanej ułatwia problem śledzenia wysokich prądów na płytce drukowanej.

Nie chodzi tylko o obsługę zasilania, ale o spadek napięcia na kablu, który musi być dobrze kontrolowany.

1. Aby pozwolić na więcej prądu niż jedno połączenie może niezawodnie zapewnić.
2. Dla niższej ogólnej rezystancji, a tym samym niższego spadku napięcia.
3. Nadmiarowość, ponieważ poszczególne połączenia zwiększają odporność z powodu utleniania, brudu itp. W miarę starzenia się.

Zgodnie ze specyfikacjami elektromechanicznymi PCIe , złącza zasilające są przeznaczone do zasilania +12 V, a złącze 2x3 może dostarczyć 75 W lub 150 W dla 2x4. Urządzenia PCIe dużej mocy (ogólnie GPU) mogą pobierać do 300 W przez połączenie złączy zasilania PCIe i 25 W ze złącza krawędziowego.

W rozdziale 3 dokumentu wspomniano:

• + 12V dostarczane ze standardowego złącza krawędziowego x16 i dodatkowe + 12V dostarczane przez dedykowane 2 x 3 i / lub 2 x 4 pomocnicze złącza zasilania muszą być traktowane jako pochodzące z niezależnych oddzielnych szyn zasilania systemu.
• Różne potencjały wejściowe + 12V z różnych złączy nie mogą być zwarte elektrycznie w żadnym punkcie karty rozszerzeń PCI Express 225 W / 300 W.
• Styki zasilania pojedynczego pomocniczego złącza zasilania 2 x 3 lub 2 x 4 mogą być zwarte razem.

Tak więc dla każdego złącza może nie być różnicy, zgodnie ze specyfikacją, jeśli wszystkie przewody byłyby połączone w wiązce, pomyślałem, że rozdzielenie ich na wszystkie styki złącza Molex byłoby kosztowne.

Nie wiem, w jaki sposób okablowanie zostało wykonane w zasilaczach, ale zasilacze są ogólnie podzielone na kilka szyn. Łączenie ich bliżej punktu obciążenia może pomóc w pewnej regulacji.

Na GPU jest zwykle kilka (10-20) faz napięcia, które łącznie mogą dostarczyć ~ 200 A @ 1 V do rdzenia GPU i pamięci. Na przykład Nvidia Titan V ma złącze 2x3 i 2x4 i może wytwarzać do 250 W ciepła. GamersNexus przeprowadził porzucenie jednego z nich i spojrzał na obwody zasilające:

Kilka powodów, wszystkie wynikające z faktu, że procesory graficzne pobierają dużo prądu.

GPU może pobierać 100 W przez jedno z tych złączy. Przy 12 woltach to 8 amperów. Wysoki prąd przepływający przez drut spowoduje spadek napięcia z jednego końca drutu na drugi, proporcjonalnie do rezystancji drutu. Powoduje to niższe napięcie na GPU i utratę mocy w przewodzie, co powoduje mniejszą wydajność przenoszenia mocy i więcej ciepła w obudowie.

Spadek napięcia można złagodzić na dwa główne sposoby: jednym z nich jest obniżenie rezystancji okablowania, albo przez użycie większych drutów, albo przez umieszczenie wielu drutów równolegle. Obniżenie rezystancji oznacza mniejszy spadek napięcia i większą wydajność. Innym rozwiązaniem jest dodanie dodatkowego przewodu wyczuwającego napięcie, który nie przewodzi prądu, aby zasilacz mógł wykryć i wyregulować napięcie na obciążeniu, kompensując spadek napięcia w przewodach.

Kolejnym czynnikiem w grze są problemy mechaniczne. Grube druty są mniej elastyczne niż cienkie druty, co powoduje trudniejsze prowadzenie kabli, problemy z promieniem gięcia i zwiększone naprężenia na złączach i płytkach drukowanych. Zastosowanie wielu kołków zwiększa również powierzchnię styku, zmniejszając rezystancję styku. Równoległe ścieżki prądu zapewniają również pewien poziom redundancji.

8-stykowe złącze zasilania PCIe wykorzystuje oba te rozwiązania: trzy równoległe styki zasilania, trzy równoległe styki uziemienia i parę styków wyczuwających napięcie. Zastosowanie trzech równoległych pinów zasilania obniża spadek napięcia w kablu, zapewniając jednocześnie dobrą elastyczność, podczas gdy szpilki wyczuwalne zapewniają, że obciążenie faktycznie otrzymuje 12 woltów.

Odpowiedź jest bardziej przyziemna, złącza 2x3 i 2x4 są dostępne we „wszystkich” systemach, ponieważ są domyślnym wyjściem zasilacza. A ponieważ są dostępne, nie potrzebują specjalnych zasilaczy, aby uzyskać moc 75 W lub 100 W.

Również niższa indywidualna moc może uprościć transformatory na karcie graficznej przy użyciu mniejszych komponentów.