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前言 注：本文編譯自Xbitlabs網(wǎng)站，原文鏈接在此。 如何為電腦系統(tǒng)選配合適的電源是一個(gè)永恒的話題，特別是當(dāng)配置太過高檔，而機(jī)箱自帶的300--400瓦電源無法應(yīng)付的時(shí)候。當(dāng)然啦，你也可以簡(jiǎn)單一些，直接去買一個(gè)1000瓦級(jí)別的電源就好啦，不過這么做可能會(huì)很浪費(fèi)。很多時(shí)候我們無法搞清楚一臺(tái)電腦中各個(gè)部件到底消耗了多少瓦電力，這是因?yàn)椋猴@卡和CPU廠商為了保險(xiǎn)起見，總是夸大產(chǎn)品的實(shí)際功率需求；各種各樣的功耗計(jì)算器總是使用籠統(tǒng)的數(shù)據(jù)；很多計(jì)算機(jī)類媒體對(duì)于電腦實(shí)際功耗的測(cè)量非常匱乏。
幾乎每一個(gè)計(jì)算機(jī)類媒體在測(cè)試功耗時(shí)，都會(huì)采用這種消費(fèi)級(jí)的功率表。我們實(shí)驗(yàn)室里也有一個(gè)，但是并不用它來做嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試，只是在需要對(duì)某臺(tái)計(jì)算機(jī)的功耗作出快速估計(jì)的時(shí)候才會(huì)使用，因?yàn)樗芊奖?，不需要做什么?zhǔn)備工作。 消費(fèi)級(jí)功率表所提供的測(cè)量結(jié)果與電腦的實(shí)際功耗并不完全相符，這是因?yàn)椋? （一）電源自身的效率沒有考慮進(jìn)去。比方說某個(gè)電源的轉(zhuǎn)換效率為80%，當(dāng)負(fù)載實(shí)際消耗為500瓦時(shí)，這個(gè)電源將從220V市電中消耗500/0.8=625瓦。如果采用這種測(cè)量方式的話，將會(huì)得出625的結(jié)論，你可能會(huì)據(jù)此去選擇額定功率為650瓦的電源，而實(shí)際上550瓦的電源就夠用了。當(dāng)然，你也可以把效率因素考慮進(jìn)去，重新計(jì)算結(jié)果，但這要求你必須首先把電源詳細(xì)測(cè)試一遍，記錄它在不同負(fù)載下的效率值。這樣做顯然非常麻煩，而且測(cè)試結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。 （二）這種測(cè)量方式得到的是平均值而非最大值。現(xiàn)代的CPU和顯卡的功耗，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生極大的改變。采用這種測(cè)量方式的話，你將無法看到電流在極短時(shí)間內(nèi)的變化（spike），因?yàn)檫@些極短時(shí)間內(nèi)的變化（spike）都被電源里面的電容器消除掉了。 （三）這種測(cè)量方式無法告訴我們負(fù)載是如何分布的，比如+5V，+12V，+3.3V的電流各是多大，這些信息非常有趣，同時(shí)又很重要。 （四）最后也是最重要的一點(diǎn)。這種測(cè)量方式無法告訴我們CPU消耗了多少瓦，而顯卡又消耗了多少瓦，你僅僅能得到一個(gè)所謂的“系統(tǒng)整體功耗”。 除了用消費(fèi)級(jí)功率表來測(cè)量以外，還可以通過測(cè)量電源內(nèi)部各路電流的大小來計(jì)算功耗。這種方式從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)比較困難，但也不是完全不可能，比如技嘉的Odin GT電源就采用了這種設(shè)計(jì)，其內(nèi)建了一個(gè)功率表。技嘉的Odin GT電源完全可以用來組建一個(gè)功耗測(cè)試平臺(tái)，事實(shí)上這是一個(gè)蠻不錯(cuò)的方案，我們之所以沒有選擇它，是因?yàn)槲覀兿胍M建一個(gè)更加普遍和靈活的測(cè)試平臺(tái)。 我們的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法 *該傳感器具有線性特征，輸出電壓與測(cè)試電流成正比關(guān)系，這樣就不必涉及到復(fù)雜的算法。 *該傳感器的傳導(dǎo)通路和感應(yīng)部分是電氣絕緣的，因此它們可以用來測(cè)量不同電壓回路中的電流，無需同步。 *該傳感器采用緊湊的SOIC8封裝，僅有5毫米大小。 *該傳感器可以直接與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，無需電壓等級(jí)匹配，也無需電流解耦。
為了將傳感器的輸出電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便讀取，我們選用了Atmel公司的8-bit微控制器ATmega168。利用它的8通道10-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器，我們一共連接了8個(gè)電流傳感器。從圖中可以看到，除了ATmega168微控制器和8個(gè)ACS713傳感器以外，還有一個(gè)相對(duì)大一點(diǎn)的芯片F(xiàn)TDI FT232RL。它是一個(gè)USB接口控制器，測(cè)試過程中的數(shù)據(jù)就是通過它和記錄電腦的USB接口相連的。只要你愿意，你甚至可以使用正在進(jìn)行功耗測(cè)試的電腦來記錄它自身的功耗數(shù)據(jù)，并沒有任何使用上的限制。但假如你想從按下電源開關(guān)那一瞬間就開始記錄的話，這時(shí)就需要另一臺(tái)電腦來幫忙。
這塊采集卡小巧方便，大小約為80毫米x100毫米，正好可以安裝在一個(gè)電源上，而電源又可以放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ATX機(jī)箱里面。上圖照片為采集卡安裝在PC Power & Cooling公司的Turbo-Cool 1KW-SR 1000瓦電源上。
我們?yōu)檫@張采集卡開發(fā)了一套專用程序，它能夠以實(shí)時(shí)模式獲取每個(gè)通道的測(cè)量數(shù)據(jù)。這套程序可以自動(dòng)記錄各個(gè)通道電流的瞬時(shí)值、最大值、最小值、平均值，還可以自動(dòng)計(jì)算出具有相同電壓的測(cè)試通道的電流總和，以及整臺(tái)電腦功耗的瞬時(shí)值、最大值、最小值、平均值。
順便說明一點(diǎn)：分別測(cè)量各路電流的最大功耗，再把它們加起來得到總的最大功耗，這樣做是不對(duì)的，因?yàn)楦髀贩逯惦娏饔锌赡苁窃诓煌瑫r(shí)刻出現(xiàn)的。比如對(duì)于硬盤來說，在按下開機(jī)按鈕后5秒鐘主軸馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)，+12V達(dá)到3安培的峰值電流，而顯卡則在FurMark測(cè)試開始后其+12V才達(dá)到10安培的峰值電流。這是否意味著系統(tǒng)中+12V總的最大電流消耗就是13安培呢？顯然不是。因此這套程序采用的是計(jì)算系統(tǒng)每時(shí)每刻的瞬時(shí)功耗，然后再?gòu)闹羞x出最大值，得到最大功耗。 在這套程序中，你可以為8個(gè)測(cè)試通道分別選擇不同的名字和顏色，所有的測(cè)量結(jié)果都以圖表的形式顯示出來，可以保存為圖片格式，也可以保存為文本格式。采樣頻率設(shè)定為每秒鐘10次，雖然采樣次數(shù)可以繼續(xù)增加，但是那樣做并沒有必要，因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大并且測(cè)量結(jié)果也沒有什么變化。需要說明的是，這套系統(tǒng)并沒有去測(cè)試實(shí)際的電壓值，它在計(jì)算功率的時(shí)候，是通過假定+12V/+5V/+3.3V各路電壓都是理想的12.0V/5.0V/3.3V來完成的。在本次測(cè)試中，主板+12V和硬盤+12V所消耗的電流被放在一起。以后測(cè)試顯卡功耗的時(shí)候，我們會(huì)把主板上PCI Express顯卡插槽所消耗的電流單獨(dú)拿出來測(cè)量。 現(xiàn)在我們有了一個(gè)連接方便、使用簡(jiǎn)單、用途廣泛并且足夠精確的功耗分析系統(tǒng)，既可以用來測(cè)試“系統(tǒng)整體功耗”，又可以用來分析某一具體部件的功耗。下面我們就來展示一下這套系統(tǒng)的威力，用它來測(cè)量5套不同配置的電腦，包括從低端的“辦公打字機(jī)”到頂級(jí)的“專用游戲機(jī)”。 辦公電腦測(cè)試 散熱器：極凍酷凌Igloo 5063 Silent（E）PP 機(jī)箱風(fēng)扇：極凍酷凌SilentBlade II GT9225-HDLA1 主板：技嘉GA-73PVM-S2（GeForce7100集成顯卡） 內(nèi)存：三星DDR2 800 1GB CL6 硬盤：日立Deskstar 7K1000.B HDT721016SLA380（160GB） DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-7201S 讀卡器：索尼MRW620 機(jī)箱：迎廣EMR-018（350W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
這臺(tái)電腦在Windows啟動(dòng)過程中顯然功耗很低，各路電流始終都沒有超過3安培。其中CPU的功耗波動(dòng)非常有趣：按下電源按鈕后，頭20秒功耗較高，然后迅速下降，維持在很低的水平，僅在有操作時(shí)才提高12-15瓦。這說明ACPI驅(qū)動(dòng)程序在開機(jī)后20秒左右載入，隨后就開啟了CPU的節(jié)電功能。
在3DMark06測(cè)試中，由于集成顯卡性能太弱，無法調(diào)動(dòng)CPU全速運(yùn)算，所以在大部分時(shí)間里CPU都保持在低功耗狀態(tài)，只有+3.3V和+5V的功耗有一點(diǎn)小小的提升。
雖然FurMark號(hào)稱是最嚴(yán)酷的測(cè)試，但是集成顯卡能夠輕松對(duì)付它，當(dāng)然指的是功耗方面。各個(gè)配件的功耗表現(xiàn)都相當(dāng)穩(wěn)定。CPU同樣沒有滿載，有趣的是，它在測(cè)試剛開始的瞬間功耗最高，后來降低了幾秒鐘，此后又略有升高。
在Prime95測(cè)試中，CPU終于達(dá)到滿載，其電流達(dá)到峰值3安培。
當(dāng)FurMark和Prime95同時(shí)運(yùn)行的時(shí)候，并沒有什么變化。CPU處于滿載，而集成顯卡的功耗依然不高。
對(duì)于這臺(tái)辦公電腦來說，顯然任何一個(gè)電源都能滿足它的要求。即便是那種裝在mini-ITX機(jī)箱里面的120瓦小電源都擁有雙倍的功率儲(chǔ)備。如果將65納米的E2220換為45納米的E5200，那么系統(tǒng)整體功耗可能還會(huì)下降10瓦左右。
在睡眠模式（Suspend-to-RAM）下，這臺(tái)電腦的+5Vsb電流為0.5安培，電源的+5Vsb通常能提供2.5-3安培。 家用電腦測(cè)試 CPU：AMD Athlon 64 X2 5000+（2.60GHz） 散熱器：TITAN DC-K8M925B/R 機(jī)箱風(fēng)扇：極凍酷凌SilentBlade II GT9225-HDLA1 主板：華碩M3A78（AMD770芯片組） 內(nèi)存：三星DDR2 800 1GB x 2 CL6 硬盤：希捷酷魚7200.10 ST3250410AS（250GB） 顯卡：藍(lán)寶石Radeon HD 4650 512MB DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-7201S 機(jī)箱：迎廣EAR-003（400W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
在進(jìn)行3DMark06測(cè)試的時(shí)候，顯卡和CPU的曲線將另外兩條曲線覆蓋住了，并且顯卡和CPU的功耗一直都在上下大幅波動(dòng)，這是因?yàn)槎呤冀K都沒有滿載。在某些時(shí)候顯卡等待CPU處理數(shù)據(jù)，而另一些時(shí)候CPU則在等待顯卡完成運(yùn)算。順便提一下，如果采用以往那種“系統(tǒng)整體功耗”式的測(cè)量方法，我們根本不可能看到這樣的細(xì)節(jié)，只能得到一個(gè)平均值而已。
FurMark雖然能讓顯卡達(dá)到最大功耗，但是對(duì)于CPU卻無能為力，CPU電流大部分時(shí)間都維持在3安培。
在Prime95測(cè)試中，顯卡到一邊涼快去了，Athlon 64 X2 5000+開始發(fā)威，它的最大功耗超過了60瓦。
FurMark和Prime95同時(shí)運(yùn)行時(shí)，所有配件都達(dá)到最大功耗，其中CPU是最費(fèi)電的。
這臺(tái)家用電腦的最大功耗只有137瓦。
文件服務(wù)器測(cè)試 CPU：AMD Athlon 64 X2 5000+（2.60GHz） 散熱器：TITAN DC-K8M925B/R 機(jī)箱風(fēng)扇：極凍酷凌SilentBlade II GT9225-HDLA1 主板：華碩M3A78（AMD770芯片組） 內(nèi)存：三星DDR2 800 1GB x 2 CL6 硬盤：希捷酷魚7200.10 ST3250410AS（250GB） 西部數(shù)據(jù)猛禽WD740GD 74GB x 3 顯卡：藍(lán)寶石Radeon HD 4650 512MB DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-7201S 機(jī)箱：迎廣EAR-003（400W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
由于是文件服務(wù)器，因此并沒有加入3DMark06、FurMark、Prime95等測(cè)試內(nèi)容，而是采用了我們自己編寫的一個(gè)專用測(cè)試程序FC-Verify。這個(gè)程序可以通過兩個(gè)獨(dú)立的線程來創(chuàng)建和讀取特定文件，這樣就能保證在任何時(shí)候它都有一個(gè)讀線程和一個(gè)寫線程，這對(duì)于被測(cè)試的磁盤子系統(tǒng)來說是強(qiáng)度很大的負(fù)載。如圖所示，測(cè)試時(shí)在一個(gè)線程中設(shè)定了1000個(gè)256KB大小的文件，在另一個(gè)線程中則設(shè)定了100個(gè)10MB大小的文件。
首先來看一下僅有一個(gè)系統(tǒng)盤時(shí)候的啟動(dòng)過程，此時(shí)3塊猛禽硬盤只連接了數(shù)據(jù)線，未連接電源線。從圖中可以看出，CPU節(jié)電技術(shù)和顯卡節(jié)電技術(shù)的開啟時(shí)間都大大地推后了，這是由于芯片組的RAID控制器在確認(rèn)過程中耗費(fèi)了較多的時(shí)間。
同樣是Windows啟動(dòng)過程，這一次3塊猛禽硬盤組成的RAID0陣列處于通電狀態(tài)。從測(cè)試結(jié)果中很容易發(fā)現(xiàn)，在剛開機(jī)的時(shí)候，藍(lán)色曲線有一個(gè)高高的峰值，此時(shí)+12V CPU和+12V主板/硬盤的總電流超過了11安培，這是由于4塊硬盤同時(shí)啟動(dòng)所造成的。
單一系統(tǒng)盤文件讀寫測(cè)試。顯然+5V這一路的電流最大，這很好理解，因?yàn)橛脖P的控制電路以及南橋的磁盤控制器都依靠+5V供電。
系統(tǒng)盤加上3塊猛禽組成的RAID0陣列文件讀寫測(cè)試。此時(shí)+5V的負(fù)載達(dá)到了最大，而+12V的功耗卻相當(dāng)?shù)汀?
有點(diǎn)出乎意料，對(duì)于文件服務(wù)器來說，高強(qiáng)度的讀寫操作并不是最費(fèi)電的，事實(shí)上最大功耗出現(xiàn)在剛開機(jī)所有硬盤同時(shí)啟動(dòng)的時(shí)候。因此，對(duì)于大型的磁盤陣列系統(tǒng)來說，最好能有一個(gè)智能的RAID控制器，可以在開機(jī)的時(shí)候一個(gè)接一個(gè)地啟動(dòng)硬盤。對(duì)于這套由3塊硬盤組成的陣列系統(tǒng)來說，一個(gè)典型的300瓦電源就足夠了，它不但能夠保證系統(tǒng)輕松啟動(dòng)，還擁有正常工作時(shí)所需的3倍功率儲(chǔ)備。
主流游戲電腦測(cè)試 CPU：英特爾Core 2 Duo E8600（3.33GHz） 散熱器：極凍酷凌Igloo 5063 PWM（E）PP 主板：華碩P5Q（P45芯片組） 內(nèi)存：金士頓ValueRAM DDR2 800 2GB x 2 CL6 硬盤：希捷酷魚7200.12 500GB 顯卡：藍(lán)寶石Radeon HD 4850 512MB DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-5200S 讀卡器：索尼MRW620 機(jī)箱：迎廣S627TAC（450W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
Windows啟動(dòng)：CPU和顯卡分別在開機(jī)后5秒鐘和12秒鐘進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。E8600畢竟是目前最快的雙核處理器，所以機(jī)器啟動(dòng)速度非常快。
3DMark06測(cè)試時(shí)，顯卡功耗變化很快，而且變化幅度也很大，+12V輔助供電接口的電流會(huì)迅速跌至4安培以下，然后又猛竄到7安培以上。從圖中可以看出CPU在大部分時(shí)間里都處于閑置狀態(tài)，功耗并不高。
雖然FurMark測(cè)試對(duì)顯卡施加了很高的平均負(fù)載，但是卻沒有出現(xiàn)3DMark06測(cè)試中7安培的峰值電流，這一點(diǎn)很有趣。由于在此項(xiàng)測(cè)試中CPU負(fù)載明顯高于3DMark06，所以各路+12V電流總和大于3DMark06。
FurMark和Prime95同時(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)功耗達(dá)到最大，你可以看到顯卡的功耗明顯大于CPU。+12V主板/硬盤這一路滿載電流為4安培，其中有很多都被Radeon4850顯卡通過PCI Express接口消耗掉了。
這臺(tái)游戲電腦的最大功耗只有189瓦，一個(gè)300瓦的電源就已經(jīng)多出了50%的功率儲(chǔ)備。對(duì)于這種配置的電腦來說，絕對(duì)沒有任何理由去購(gòu)買超過400瓦的電源。
高端游戲電腦測(cè)試一 主板：技嘉GA-EX58-UD3R 內(nèi)存：三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9 硬盤：希捷酷魚7200.11 ST31000333AS（1TB） 顯卡：麗臺(tái)WinFast GTX 260 Extreme+ W02G0686 896MB DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-7201S 機(jī)箱：迎廣J614TA F430（550W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
3DMark06測(cè)試再次印證了一條真理：不論你的CPU有多牛B，隨便找一塊高端顯卡都可以在功耗方面把它打敗。
在Prime95和FurMark同時(shí)運(yùn)行時(shí)，Prime95最大程度地占用了Core i7的8個(gè)線程，這使得Core i7過載了。Core i7雖然性能強(qiáng)勁，但是在以8線程開啟Prime95的情況下，并不能夠同時(shí)滿足來自于顯卡的運(yùn)算需求。結(jié)果導(dǎo)致顯卡只能渲染一幀，等待一下，然后再渲染一幀，再等待一下，于是就出現(xiàn)了圖中所示的顯卡功耗急升急降。如果是采用消費(fèi)級(jí)功率表測(cè)量整體功耗的話，則只能顯示出平均值，無法顯示出最大值。
這臺(tái)高端游戲電腦的最大功耗其實(shí)只有371瓦，一個(gè)550瓦的電源就可以輕松滿足它的需要。另外，這臺(tái)電腦開機(jī)時(shí)+5Vsb電流只有0.1安培，是這幾套配置中最小的，但是S3模式（Suspend-to-RAM）下卻增大為0.7安培。
高端游戲電腦測(cè)試二 CPU：英特爾Core i7-920（2.66GHz） 主板：技嘉GA-EX58-UD3R 內(nèi)存：三星DDR3 1333 1GB x 3 CL9 硬盤：希捷酷魚7200.11 ST31000333AS（1TB） 顯卡：華碩ENGTX295/2DI 1792MB DVD刻錄機(jī)：索尼日電Optiarc AD-7201S 機(jī)箱：迎廣J614TA F430（550W電源） 操作系統(tǒng)：32位Vista Home Premium SP1
Windows啟動(dòng)：開機(jī)后大約15秒左右，隨著ACPI驅(qū)動(dòng)程序的載入，CPU節(jié)電技術(shù)順利開啟。而顯卡的情況則有一些不同：開機(jī)后大約30秒的時(shí)候，GTX295其中一個(gè)+12V輔助供電接口的電流下降，但與此同時(shí)+3.3V這一路的電流卻從5安培提高到6安培。由于前一套配置在啟動(dòng)過程中并沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，所以這一定是由于更換GTX295顯卡所導(dǎo)致的。在開機(jī)后40秒左右，顯卡的兩個(gè)+12V輔助供電接頭的電流都變大了，同時(shí)+12V主板/硬盤的功耗也增加了，增加的這部分只能歸結(jié)于PCI Express顯卡插槽電流增大。因此，對(duì)于GTX295這樣的雙芯片顯卡來說，你不能指望它在功耗方面能有單芯片顯卡那樣的表現(xiàn)，即便是在Windows桌面閑置的情況下。
3DMark06已經(jīng)不能對(duì)現(xiàn)代的高端游戲電腦施加足夠的壓力。雖然CPU和顯卡的功耗波動(dòng)很劇烈，但是二者都沒有進(jìn)入滿載狀態(tài)。
在FurMark測(cè)試中，顯卡的功耗曲線好看多了（滿載）。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，顯卡功耗在測(cè)試過程中緩慢上升，這是由于顯卡越來越熱所造成的。
Prime95使得CPU的功率激增了100瓦。從圖中還可以看出，CPU功耗曲線微微上翹，這同樣是由于溫度升高所導(dǎo)致的。因?yàn)閷?duì)于半導(dǎo)體芯片來說，溫度越高，功耗就越大。
同時(shí)運(yùn)行FurMark和Prime95時(shí)，情形與上一套配置類似：CPU已經(jīng)過載，無法同時(shí)滿足來自顯卡的運(yùn)算需求。
對(duì)于Core i7和GeForce GTX 295這種頂級(jí)配置來說，750瓦電源就已經(jīng)綽綽有余了，因?yàn)樗喑隽?0%的功率儲(chǔ)備。請(qǐng)注意，503瓦的最大功耗數(shù)據(jù)是在極端重度負(fù)載的情況下達(dá)到的，現(xiàn)實(shí)中沒有哪一部游戲作品能夠像FurMark + Prime95這樣殘酷地折磨電腦。也就是說，750瓦的電源實(shí)際上擁有更大的功率儲(chǔ)備。
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