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淺談計算機的功率問題

 東風猛士 2008-12-09
現(xiàn)在計算機的應用已經(jīng)非常普遍,如何正確的對待計算機的功率,已成為我們電氣設計人員所面對的一個難題。在網(wǎng)上,已經(jīng)有過很多次的爭論,但都沒有一個統(tǒng)一的說法。根據(jù)我這幾年擺弄計算機的經(jīng)驗和在網(wǎng)上查到的一些資料,現(xiàn)對計算機的功率問題作一個簡要的總結(jié),希望能得到各位同行的指正。

  我們所說的計算機的功率,是指電腦的總的耗電功率,其包括以下主要設備的耗電功率:1.CPU,2.顯卡,3.硬盤,4.主板,5.光驅(qū),6.內(nèi)存,7.網(wǎng)卡8.聲卡,9.電源的自身損耗,10.顯示器。以下是對各個設備功率的概述:

1.CPU:CPU是計算機的心臟,也是計算機的主要耗能大戶?,F(xiàn)在INTEL的P4主流CPU功率最大不超過84W。對于我們做CAD繪圖的來說,我們使用的CPU由于大部分時間在等待任務而且很少滿負荷運行(CPU的使用率在WINDOS2000的任務管理中就可以看出來,一般使用是在50%左右)所以一般的情況下CPU大概工作在50W不到的樣子,P3的CPU功率最大為60多瓦,P2的CPU功率最大為三十多瓦的樣子。AMD的CPU一般情況下消耗的功率要大一些。然而計算機是不斷發(fā)展的,現(xiàn)在INTEL的最新型號的CPU據(jù)說功率可以達到150W,而且使用環(huán)境的不同,處理任務的不同,相同型號的CPU功耗都不一樣。對于一般的辦公用計算機,由于處理的任務并不重,CPU絕大部分時間使用在非滿負荷情況下,CPU功率一般不會超過50W(其實很多時間我們用P4的電腦辦公,做的工作跟用P2差不多,所以功耗并不大)。而對于那些需要經(jīng)常做3D效果和喜愛打游戲的玩家,CPU需要在很高的負荷下運行,功率消耗也大,而且那些電腦都是高斷電腦,很多人還愛超頻,所以CPU功率至少應計算為80W,考慮到以后發(fā)展的需要,CPU功率可以取150W。所以建議以游戲為主的高級網(wǎng)吧,住宅,以及需要做3D的計算機,其電腦CPU應考慮為150W(為將來打算)。CPU風扇作為CPU的降溫必備器件,功率可按5W計算。

2.顯卡:顯卡是計算機的圖形處理中心,由于不同群體對顯卡的要求不一樣,所以顯卡的耗電量也有很大的不同,從十幾瓦的集成顯卡到七十幾W的高端主流顯卡都在被廣泛應用。但即使是相同型號的顯卡,使用環(huán)境不一樣,其功率也有巨大的差異,下面是引用香港網(wǎng)站HKEPC發(fā)布的GeForce 6800Ultra的評測:HKEPC采用的是普通的電流表進行測試,之后對功率進行大約計算。在2D模式下,5V的輸入電流為1.86A,約為9.3W,而12V的電流為1.97A,約23.64W,合共32.94W。而在3D模式下,電流的波幅十分大,這全看GPU的工作量和其畫面的復雜程度,我們利用3DMark 03作測試,原來最復雜的工作并不是Game 4的Mother Nature,而是Fill-Rate (Mutil Texture)。在這個測試項目中,5V的輸入電流為3.01A,約為15.05W,而12V的電流為4.50A,約54W,合共70W。從以上數(shù)據(jù)可以看出,相同型號的GPU其在處理2D圖形和3D圖形時的差距達到一倍多。對于我們一般的辦公用計算機,由于大部分使用的是集成顯卡,功耗最大為十幾瓦,一般不會超過15W即使使用的是非集成顯卡,也是用的低端顯卡,功率也不會超過20W的,建議取20W。而對于游戲為主的高級網(wǎng)吧,住宅,以及需要頻繁做大量3D的計算機,為了將來的發(fā)展需要,建議取100W。

3.硬盤,硬盤的功率不大,目前ST硬盤的最大功率為12.5W,筆記本的只有5W左右。而且我們并不會頻繁地從硬盤中寫入和讀取數(shù)據(jù),所以平時硬盤大部分時間工作在空負荷情況下,功率也就只有5W左右。由于將來大硬盤是發(fā)展趨勢,所以考慮到發(fā)展需要,可取硬盤功率為15W。

4.主板,主板自身消耗功率并不大,考慮到將來的發(fā)展需要,取功率為20W。

5.光驅(qū):光驅(qū)的功率消耗一般為10W左右,考慮到以后發(fā)展,取15W。

6.內(nèi)存,網(wǎng)卡,聲卡的耗電量很低,由于缺乏具體數(shù)據(jù),但三者加起來總共也不會超過20W的耗電量,按20W計算。

7.電源。電源是計算機運行所需的最關鍵的設備,缺了它或者它運行不正常時都會給電腦的運行帶來不良影響甚至產(chǎn)生事故,也是我們重點關注的對象。電源的原理:

  大家注意看,電流在經(jīng)過前級整流濾波電路后兵分兩路。一路是常電,即輸出為+5VSB,它是一個待機電壓,供應給主板,也就是電源沒有啟動的時候輸出到主板的,用來負責網(wǎng)絡啟動、鍵盤啟動和軟啟動等,功率最大不會超過20W。但我們平時很少使用那些功能,所以一般也就幾乎不損耗功率。另一路是只有開機才能供電的電路,負責供電給CPU等上面提到的各個設備。還有,由于電源內(nèi)部存在變壓器和整形濾波電路,所以,當電腦位工作的時候,只要電源接在電路上,就存在部分電能損耗。電源自身損耗估算為5瓦。

  還有就是電腦電源的功率因素問題,是我們關心的一個非常重要的方面。對于計算機和其它一切靠直流電壓工作的電子電路,離開無功功率是根本無法工作的。為了讓計算機電路能正常工作,必須向其提供平滑了的直流電壓。這個“平滑”工作必須由接在計算機電源整流器后面的濾波電容器C來完成。這個濾波器就像一個水庫,電容器里面必須儲存足夠數(shù)量的電荷,在整流半波之間的空白時,使電路上的工作電壓仍不間斷,能保持正常電平。
換句話說,即使在兩個脈動半波之間無輸入電能時,Uc的電壓電平也無顯著的變化,這個功能是靠電容器內(nèi)的儲能來實現(xiàn)的,儲存在電容器內(nèi)的這部分能量就是無功功率。所以說,計算機是靠無功功率的支持,才能保證電路正確運用有功功率實現(xiàn)正常運行的。

  因此可以說,計算機不但需要有功功率,也需要無功功率,兩者缺一不可!最近美國PCMagazine雜志的一項研究表明電腦的典型功率因素為0.65。

8.顯示器:顯示器可按100W計算,但隨著以后的發(fā)展,液晶顯示器會越來越普及,液晶顯示器的耗電量很低,在50W以下。

此外,電腦的音箱等外設的功率可按30W計算。

  綜上所述,電腦的功率計算應該按照不同場合和不同要求來分開計算。對于一般辦公環(huán)境,電腦的功率大致為:CPU50W+顯卡20W+硬盤15W+主板20W+光驅(qū)15W+內(nèi)存等20W+電源5W+音箱30W+顯示器100W=275W,如果不需要音箱和光驅(qū)的場合,大致為230W,我算的這個容量已經(jīng)是按超前計算的,在目前的狀況下辦公電腦都不會超過這個數(shù)字,而且目前的很多CRT顯示器,由于采用了節(jié)能措施,功率不會超過85W。根據(jù)以往經(jīng)驗,以前我們宿舍3臺電腦,一臺C4,一臺AMD1800+,一臺C3,總配置不比辦公電腦差,我們在玩游戲最瘋狂的時候,平均每臺電腦每天大概工作10個小時左右,一個月耗電量為180度左右,按每天十個小時計算,平均每臺功率也為200W,而且我們還玩游戲。按照以后發(fā)展的情況,我認為,辦公電腦插座按250W一個足夠。而對于以游戲為主的高級網(wǎng)吧,住宅,以及需要做3D的計算機CPU和顯卡耗電都提高很多,可按275+180=455W,可按450W或500W的插座設計。

  另外,電腦電源由于感性負荷較多,所以對外面設備產(chǎn)生感應電流和漏電的可能比較大。我們在拆開電腦的時候,通常會先洗手以釋放身上的靜電,以免對設備造成危害,但由于洗手后,人皮膚的電阻會減小。所以我們每次接觸電腦的時候都會碰到強烈的漏電情況,而且漏電電流還比較大,手都會感到麻麻的感覺,所以我覺得電腦插座應該設置好保護線,最好還是安裝漏電保護裝置,尤其是對于那些小孩有可能接觸到電腦機身的場合,更應該注意電腦的漏電保護

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