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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)付的時候。當(dāng)然啦，你也可以簡單一些，直接去買一個1000瓦級別的電源就好啦，不過這么做可能會很浪費(fèi)。很多時候我們無法搞清楚一臺電腦中各個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；各種各樣的功耗計算器總是使用籠統(tǒng)的數(shù)據(jù)；很多計算機(jī)類媒體對于電腦實(shí)際功耗的測量非常匱乏。
幾乎每一個計算機(jī)類媒體在測試功耗時，都會采用這種消費(fèi)級的功率表。我們實(shí)驗(yàn)室里也有一個，但是并不用它來做嚴(yán)謹(jǐn)測試，只是在需要對某臺計算機(jī)的功耗作出快速估計的時候才會使用，因?yàn)樗芊奖?，不需要做什么?zhǔn)備工作。 消費(fèi)級功率表所提供的測量結(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。比方說某個電源的轉(zhuǎn)換效率為80%，當(dāng)負(fù)載實(shí)際消耗為500瓦時，這個電源將從220V市電中消耗500/0.8=625瓦。如果采用這種測量方式的話，將會得出625的結(jié)論，你可能會據(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，重新計算結(jié)果，但這要求你必須首先把電源詳細(xì)測試一遍，記錄它在不同負(fù)載下的效率值。這樣做顯然非常麻煩，而且測試結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。 （二）這種測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，能夠在極短的時間內(nèi)發(fā)生極大的改變。采用這種測量方式的話，你將無法看到電流在極短時間內(nèi)的變化（spike），因?yàn)檫@些極短時間內(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，同時又很重要。 （四）最后也是最重要的一點(diǎn)。這種測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，你僅僅能得到一個所謂的“系統(tǒng)整體功耗”。 除了用消費(fèi)級功率表來測量以外，還可以通過測量電源內(nèi)部各路電流的大小來計算功耗。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，其內(nèi)建了一個功率表。技嘉的Odin GT電源完全可以用來組建一個功耗測試平臺，事實(shí)上這是一個蠻不錯的方案，我們之所以沒有選擇它，是因?yàn)槲覀兿胍M建一個更加普遍和靈活的測試平臺。 我們的測試設(shè)備和測試方法 *該傳感器具有線性特征，輸出電壓與測試電流成正比關(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，無需電壓等級匹配，也無需電流解耦。
為了將傳感器的輸出電壓模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號以便讀取，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個電流傳感器。從圖中可以看到，除了ATmega168微控制器和8個ACS713傳感器以外，還有一個相對大一點(diǎn)的芯片F(xiàn)TDI FT232RL。它是一個USB接口控制器，測試過程中的數(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，這時就需要另一臺電腦來幫忙。
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電源上，而電源又可以放在一個標(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)時模式獲取每個通道的測量數(shù)據(jù)。這套程序可以自動記錄各個通道電流的瞬時值、最大值、最小值、平均值，還可以自動計算出具有相同電壓的測試通道的電流總和，以及整臺電腦功耗的瞬時值、最大值、最小值、平均值。
順便說明一點(diǎn)：分別測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，這樣做是不對的，因?yàn)楦髀贩逯惦娏饔锌赡苁窃诓煌瑫r刻出現(xiàn)的。比如對于硬盤來說，在按下開機(jī)按鈕后5秒鐘主軸馬達(dá)啟動時，+12V達(dá)到3安培的峰值電流，而顯卡則在FurMark測試開始后其+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算系統(tǒng)每時每刻的瞬時功耗，然后再從中選出最大值，得到最大功耗。 在這套程序中，你可以為8個測試通道分別選擇不同的名字和顏色，所有的測量結(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)并沒有去測試實(shí)際的電壓值，它在計算功率的時候，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。在本次測試中，主板+12V和硬盤+12V所消耗的電流被放在一起。以后測試顯卡功耗的時候，我們會把主板上PCI Express顯卡插槽所消耗的電流單獨(dú)拿出來測量。 現(xiàn)在我們有了一個連接方便、使用簡單、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)”到頂級的“專用游戲機(jī)”。 辦公電腦測試 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
這臺電腦在Windows啟動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，僅在有操作時才提高12-15瓦。這說明ACPI驅(qū)動程序在開機(jī)后20秒左右載入，隨后就開啟了CPU的節(jié)電功能。
在3DMark06測試中，由于集成顯卡性能太弱，無法調(diào)動CPU全速運(yùn)算，所以在大部分時間里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號稱是最嚴(yán)酷的測試，但是集成顯卡能夠輕松對付它，當(dāng)然指的是功耗方面。各個配件的功耗表現(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同時運(yùn)行的時候，并沒有什么變化。CPU處于滿載，而集成顯卡的功耗依然不高。
對于這臺辦公電腦來說，顯然任何一個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)整體功耗可能還會下降10瓦左右。
在睡眠模式（Suspend-to-RAM）下，這臺電腦的+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測試的時候，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，這是因?yàn)槎呤冀K都沒有滿載。在某些時候顯卡等待CPU處理數(shù)據(jù)，而另一些時候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)，只能得到一個平均值而已。
FurMark雖然能讓顯卡達(dá)到最大功耗，但是對于CPU卻無能為力，CPU電流大部分時間都維持在3安培。
在Prime95測試中，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同時運(yùn)行時，所有配件都達(dá)到最大功耗，其中CPU是最費(fèi)電的。
這臺家用電腦的最大功耗只有137瓦。
文件服務(wù)器測試 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等測試內(nèi)容，而是采用了我們自己編寫的一個專用測試程序FC-Verify。這個程序可以通過兩個獨(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候它都有一個讀線程和一個寫線程，這對于被測試的磁盤子系統(tǒng)來說是強(qiáng)度很大的負(fù)載。如圖所示，測試時在一個線程中設(shè)定了1000個256KB大小的文件，在另一個線程中則設(shè)定了100個10MB大小的文件。
首先來看一下僅有一個系統(tǒng)盤時候的啟動過程，此時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)了較多的時間。
同樣是Windows啟動過程，這一次3塊猛禽硬盤組成的RAID0陣列處于通電狀態(tài)。從測試結(jié)果中很容易發(fā)現(xiàn)，在剛開機(jī)的時候，藍(lán)色曲線有一個高高的峰值，此時+12V CPU和+12V主板/硬盤的總電流超過了11安培，這是由于4塊硬盤同時啟動所造成的。
單一系統(tǒng)盤文件讀寫測試。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陣列文件讀寫測試。此時+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)所有硬盤同時啟動的時候。因此，對于大型的磁盤陣列系統(tǒng)來說，最好能有一個智能的RAID控制器，可以在開機(jī)的時候一個接一個地啟動硬盤。對于這套由3塊硬盤組成的陣列系統(tǒng)來說，一個典型的300瓦電源就足夠了，它不但能夠保證系統(tǒng)輕松啟動，還擁有正常工作時所需的3倍功率儲備。
主流游戲電腦測試 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：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)器啟動速度非常快。
3DMark06測試時，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在大部分時間里都處于閑置狀態(tài)，功耗并不高。
雖然FurMark測試對顯卡施加了很高的平均負(fù)載，但是卻沒有出現(xiàn)3DMark06測試中7安培的峰值電流，這一點(diǎn)很有趣。由于在此項(xiàng)測試中CPU負(fù)載明顯高于3DMark06，所以各路+12V電流總和大于3DMark06。
FurMark和Prime95同時運(yùn)行時，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。
這臺游戲電腦的最大功耗只有189瓦，一個300瓦的電源就已經(jīng)多出了50%的功率儲備。對于這種配置的電腦來說，絕對沒有任何理由去購買超過400瓦的電源。
高端游戲電腦測試一 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同時運(yùn)行時，Prime95最大程度地占用了Core i7的8個線程，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)級功率表測量整體功耗的話，則只能顯示出平均值，無法顯示出最大值。
這臺高端游戲電腦的最大功耗其實(shí)只有371瓦，一個550瓦的電源就可以輕松滿足它的需要。另外，這臺電腦開機(jī)時+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：開機(jī)后大約15秒左右，隨著ACPI驅(qū)動程序的載入，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秒的時候，GTX295其中一個+12V輔助供電接口的電流下降，但與此同時+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+12V輔助供電接頭的電流都變大了，同時+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和顯卡的功耗波動很劇烈，但是二者都沒有進(jìn)入滿載狀態(tài)。
在FurMark測試中，顯卡的功耗曲線好看多了（滿載）。同時還可以發(fā)現(xiàn)，顯卡功耗在測試過程中緩慢上升，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τ诎雽?dǎo)體芯片來說，溫度越高，功耗就越大。
同時運(yùn)行FurMark和Prime95時，情形與上一套配置類似：CPU已經(jīng)過載，無法同時滿足來自顯卡的運(yùn)算需求。
對于Core i7和GeForce GTX 295這種頂級配置來說，750瓦電源就已經(jīng)綽綽有余了，因?yàn)樗喑隽?0%的功率儲備。請注意，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備。
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