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[硬件] TDP估算法都是错的?Intel第九代CoreCPU+Z390主板电源选购指南

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发表于 2018-10-29 17:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者: fcpowerup 出处:https://www.fcpowerup.com/intel-9th-core-z390mb-psu-guide/

本文并不会跟你说买哪一款电源。

Intel昨晚发布了第九代Core处理器和全新的Z390芯片组主板,从Anandtech发布的第一批超过50款Z390主板介绍中可以发现这一代主板有一半以上都提供了8+4Pin CPU供电接口,高端型号提供了2 x 8Pin CPU接口,这样一来对电源的需求发生了变化。今天已经有网友问我他的海韵P660用Core i9-9900K+RTX2080Ti需不需要换电源。新的平台除了需要更多的CPU供电接口之外,还有一些问题需要留意。下面将对往后很长一段时间的电源需求进行分析,高能预警,本文将有很大一部分内容是颠覆传统认知的。如果想直接知道结果的,这里直接说——“买你买得起的最新款最高瓦数的电源”。





什么是TDP?什么是TDP估算法?

传统估算电源使用的方法都是基于TDP估算法,TDP,Thermal Design Power,即热设计功耗。装机的时候把CPU、显卡等等配件的TDP值累加起来,再留一点余量,然后按照这个功率值来购买电源,这种方法称之为TDP估算法。实际上TDP估算法在8012年已经不适用了。因为TDP是一个基于CPU运行在默认频率下并且不运行AVX指令时的平均值功耗,CPU进入Turbo Boost状态之后,随时突破TDP值。

下表可以看到八核十六线程的Intel Core i9-9900K、八心八箭八核八线程的Intel Core i7-9700K和六核心六线程的Intel Core i5-9600K的TDP都统一维持在95W。经过几代牙膏,有经验的玩家肯定不相信CPU的功耗是这个值了。





静态峰值分析法

那么,怎么样计算才比较科学呢?

目前比较合理的方法是基于静态峰值功率匹配和电源动态性能来考虑,静态方面应该考虑电源功率和CPU/GPU峰值功率匹配、线缆/接口/端子承载能力。动态则需要看本站后面即将上线的电源动态项目了

峰值功率(Peak Power)有别于TDP功耗,为了方便读者理解和了解自己的这里介绍一下Intel的Package Power Control封装功率管理特性。Intel的Package Power Control封装功率管理一共分为4个功率极限(Power Limit)档,功率从小到大依次是PL1、PL2、PL3、PL4。



PL1即平均功率,Intel建议不超过或者设置为TDP功率,CPU可以一直在这个功率上运行;

PL2即超过了PL1之后的功率极限,是应对Turbo Boost 2.0状态下的功率,CPU可以保持在这个状态最长达100s;

PL3是一个更高的功率极限,超过PL2的时候可以在PL3的状态保持峰值功率最长10ms;

PL4就是一个不可逾越的功率极限。PL3和PL4默认情况下是禁用的。

以传统的TDP估算法来买电源就是参照PL1,而目前大多数CPU都能进行Turbo Boost睿频,所以PL2的功率参考价值更高。

那么,如何知道自己的CPU的PL2值是多少呢?Core i7-8700K大概是140W,而第九代的Core i7-9700K大约要增长到210W,比TDP可大了一倍不止,并且还没考虑到极限超频的情况,所以知道为何Z390的主板都配上了更多的CPU供电接口吧?原因就是因为需要传输更大的电流,如果还是按TDP来买电源和散热器,很容易就翻车的。



基于ATX12V 2.52规范的分析方法

对于不了解PL2值的用户,或者说根本翻不到官方CPU资料的,可以用今年6月份新发布的ATX12V 2.52规范来指导选择,这部分除了考虑功率匹配、线缆/接口/端子承载能力,还考虑到了主板VR供电电路的效率。

今年6月份新发布的ATX12V 2.52规范提高了专门为CPU供电的12V2的持续电流传输值和峰值电流上限。2017年的版本TDP为95W的CPU,持续传输电流只有16A,峰值电流18A。没有超过EN-60950标准中,用户可接触的点换接头的最大输出功率不能超过240VA的安规。

到了今年的规范中(下表),TDP为95W的CPU持续传输电流提高到22A,峰值电流提高到29A。设12V2的输入电压为11.4V,那么电源需要满足12V2有高达330.6W / 10ms 的峰值输出能力。读者按照峰值电流乘以12V即可知道自己的CPU大概需要多大输出的12V电源。由于VR供电电路存在损耗,CPU的实际功率要小于表中提供的值,但是按这种方法已经可以不需要理会主板VR供电电路效率了。



GPU显卡方面的功率分析

GPU显卡目前是电脑里功耗最大的一个部件,进入8012年,和CPU一样走上了价格性能、功耗爆炸的路线。显卡方面的功率更不乐观了,据本人手里掌握的数据,最新的RTX 2080Ti峰值电流达到64A / 30ms。这是什么概念呢?显卡在30ms的瞬间有768W的峰值功耗,传统媒体/玩家手上的功率计测不出来。至于有的“知名数码博主”说2080Ti不需要双8Pin,不需要910W的供电冗余,我觉得大多数玩家仍然处于传统静态TDP那一套认知,对于NV新款煤气灶的力量一无所知。





文章开头的同学问我说用Core i9-9900K+RTX2080Ti需不需要换电源,这里可以回答了,我看CPU要留300W的余量,而如果是为了跑吃鸡之类优化不太行的游戏,显卡留个700W余量,换一个1000W的电源,如果没有那么高的预算,那么买一个850W的也能苟一下。

以上是基于静态的功率匹配分析。只要功率匹配,一般不会超过电源的OPP值,那就不会让电源过载保护。



动态测试重新回归

上面说到的2080Ti瞬间可能有700W的功率,端子和线缆对热量有一定的承载能力,极短的峰值功耗是可以撑过去的,然而电源作为能量的转换和输出者可能不行。

顺应潮流,动态项目将在海盗船RM650x 2018评测中回归。

为何说动态项目回归?在2011~2012年期间,本人的电源评测项目里也是有动态项目的,为了排除目前功耗爆炸所带来的问题,我把这个项目重新加回来。这里开始介绍F站即将上线的电源动态测试项目了。目前国内的PC电源动态评测包含本人在内也就只有两个人在测,一个是本人好友NSI,国外的TPU/THG/KITGURU的Airs也在测这个项目,但他没有测恢复时间。

传统基于静态的功率匹配分析,都是不需要考虑功率动态变化的,然而实际受到线路阻抗、元件阻抗、电路补偿特性等因素的影响,电源的输出电压通常随着负载的增大而略有下降,例如一款电源在空轻载时+12V输出电压12.20V,拉上一个9900K和2080Ti在重载时输出电压可能就降低为11.90V。

以下图来分析,当负载从I/R-1瞬时跳变到I/R-2时(称为“负载瞬变”),电源的输出电压会从Vs-1下降到Vs-2,像是下了一层台阶。由于电源的响应速度有限,实际的电压会像上图一样存在一个过冲——回调的过程。在这个过程中电压的变化幅度通常要高过电源负载调整率所显示的电压变动幅度,也就是说,在负载从I/R-1上升到I/R-2的过程中,输出电压先是跌落到比12V(Vs-2)更低的电压Vpk1,然后逐渐回调直到稳定在Vs-2。

反之当负载从I/R-2下降到I/R-1时,输出电压会从Vs-2爬升到Vs-1,这个过程同样会出现一个高于Vs-1的上冲电压Vpk2。Intel ATX12V规范中有一个DC Output Transient Test就是Intel官方的瞬态响应项目,定义了这个过程中电压输出偏离的允许值,允许值和负载调整率一样。我们需要测量这个上下冲电压的值Vpk。同时,还需要测量一个电压恢复时间(也称电压重建时间),这一个参数也反映了电源的动态性能,Intel规范对此参数并无要求。



实际测试还要更复杂一些,需要从10Hz测试到10KHz,测试过程中可以在示波器中看到以下这样的画面。如果电源所拉载的CPU和显卡的瞬变电流摆幅过大,或者频率过高,会导致电源上下冲电压的值Vpk超过电源工作的允许值,或者影响电源本身的工作稳定性,最终影响到CPU和GPU的工作稳定性,可能会发生蓝屏、无故重启或者死机。



以上是基于动态方面的分析,这就是为何我建议买更大功率的电源,功率越大并不代表更耗电,除了有静态功率匹配、有更多的接口小功率电源根本没有双8Pin电源接口和线缆来承载能量传输之外,对于目前CPU/GPU功率爆炸时代的大幅度负载跳变适应性会更好,这种情况可能会持续很长一段时间。除此之外,如果选购高端的CPU,主板也建议购买8+4甚至有双8Pin供电的型号,散热器方面的选择也是如此。

最后,希望CPU/GPU厂商、电源厂商和板卡厂商能联合起来,目前遇到的问题不小了,应该拿出更好的解决方案。



本文题图、资料来自intel官方网站。

CPU Spec来自Anandtech。

感谢阅读!


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 楼主| 发表于 2018-10-29 17:23 | 显示全部楼层
本文由 @fcpowerup 原创发布FCPOWERUP。未经许可,禁止转载。
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发表于 2018-10-29 17:32 | 显示全部楼层
所以说电源要往小(尺寸)了买,以后只配塞小钢炮里做NAS或者HTPC,一个电源用十年都是痴心妄想
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发表于 2018-10-29 17:35 来自手机 | 显示全部楼层
楼主网站的评测内容都挺不错的,已经收藏了。itocp挂了之后终于有个新地方看电源的文章了。
有个建议呵,看评测对象,千瓦左右大功率的居多,能不能增加点中小功率四五六百瓦电源评测的内容,高端玩家毕竟是少数。
感谢。
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发表于 2018-10-29 17:43 来自手机 | 显示全部楼层
intel牙膏挤漏了

—— 来自 OnePlus ONEPLUS A5000, Android 8.1.0上的 S1Next-鹅版 v2.0.4
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发表于 2018-10-29 17:50 来自手机 | 显示全部楼层
750w都苟不住了吗,x750本来还以为可以用到死

—— 来自 samsung SM-G9650, Android 8.0.0上的 S1Next-鹅版 v2.0.4
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发表于 2018-10-29 17:55 | 显示全部楼层
不太懂电源设计,30ms768w瞬时峰值负载会启动限流保护吗,缓冲不行了吗
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发表于 2018-10-29 18:01 | 显示全部楼层
9系本来就是挑战工艺极限,没崩就不错了
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发表于 2018-10-29 18:03 | 显示全部楼层
星空天神 发表于 2018-10-29 17:43
intel牙膏挤漏了

—— 来自 OnePlus ONEPLUS A5000, Android 8.1.0上的 S1Next-鹅版 v2.0.4

14nm极限摆在那~~~非要强拉5G+只能接受功耗爆炸
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发表于 2018-10-29 18:05 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2018-10-29 18:05 | 显示全部楼层
6119w 发表于 2018-10-29 17:35
楼主网站的评测内容都挺不错的,已经收藏了。itocp挂了之后终于有个新地方看电源的文章了。
有个建议呵,看 ...

后面会有稍微小一点的,例如台达NX350什么的
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发表于 2018-10-29 18:05 | 显示全部楼层
真是30ms768W瞬时功耗的话基本只有那些实际是1000W金牌硬说自己是650W白金的用料能撑得住这个压力.
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发表于 2018-10-29 18:08 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-29 18:08 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-29 18:11 | 显示全部楼层
宏 发表于 2018-10-29 18:08
那个影驰bios是怎么回事?有人刷了吗

2080性能相对1080ti优势不大,于是雕牌带头各家纷纷发了加了功耗的BIOS强拉功耗堆性能,影驰和EVGA发的解锁幅度最大
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发表于 2018-10-29 18:15 | 显示全部楼层
双11攒机的我电源一开始准备买650w,现在准备直接上1000w算了
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发表于 2018-10-29 18:16 | 显示全部楼层
我一直不知道真大火炉GTX480都过来了,2080ti这点功率有啥值得大惊小怪的?
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发表于 2018-10-30 09:00 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-30 09:07 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-30 09:11 | 显示全部楼层
baoer 发表于 2018-10-30 09:00
明盘吧。1080。 9900要多少? 买不起2080ti的只能用1080苟一下这样。750够吗?

1080我估计650
w都够
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发表于 2018-10-30 09:37 来自手机 | 显示全部楼层
所以说,小钢炮从此无缘9900k+2080ti了

—— 来自 Xiaomi Mi Note 3, Android 7.1.1上的 S1Next-鹅版 v2.0.4
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发表于 2018-10-30 09:39 | 显示全部楼层
很早就买了1200W,但是现在想换成ITX,而SFX最高只能买到银欣的800W和700w,楼主另一贴说的海韵的SFX650W能撑住么?
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发表于 2018-10-30 10:02 | 显示全部楼层
发给个板卡厂的朋友看了 他说2080ti公版瞬时到500W 有些非公瞬时爆到1000W
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发表于 2018-10-30 10:14 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-30 10:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 天神十三煞 于 2018-10-29 18:56 编辑
遗尿 发表于 2018-10-29 17:39
很早就买了1200W,但是现在想换成ITX,而SFX最高只能买到银欣的800W和700w,楼主另一贴说的海韵的SFX650W能 ...

650无论如何新方案,也只够默认或微超一下的
实际不刷bios解锁功耗墙什么的,默认小拉2ghz内超超GPU,800瓦肯定够了,
CPU方面不能大超5ghz全核差不多了,或许都不用超默认也很厉害,本来CPU超那点提升也不大
或者你可以考虑能装普通尺寸电源的ITX机箱大一点,妥协一下

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发表于 2018-10-30 10:52 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2018-10-30 12:06 | 显示全部楼层
AlphaAnother 发表于 2018-10-30 10:02:16
发给个板卡厂的朋友看了 他说2080ti公版瞬时到500W 有些非公瞬时爆到1000W
默认情况下瞬时是750W,非公是功耗限制给得比公版少一点,一般是300W的TDP,但是这种情况下其实瞬时功耗随着比例增加就是到了1000W的情况,2080Ti的功耗只要稍微拉一点点,瞬时功耗就会增加很多

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发表于 2018-10-30 12:28 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-30 12:34 来自手机 | 显示全部楼层
还是买主机玩游戏算了。这功耗玩不起
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发表于 2018-10-30 12:35 | 显示全部楼层
我记得以前电源上都会标一个最大功率的,现在好像就只有额定功率了,这种瞬时功率感觉也没所谓
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 楼主| 发表于 2018-10-30 12:37 | 显示全部楼层
johnie 发表于 2018-10-30 12:28:32
rtx电热丝发作了?
RTX还没开启就是这种功耗了,开了之后应该瞬时没什么变化,但是平均功耗会高一些

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 楼主| 发表于 2018-10-30 12:38 | 显示全部楼层
lobsteru 发表于 2018-10-30 12:35:23
我记得以前电源上都会标一个最大功率的,现在好像就只有额定功率了,这种瞬时功率感觉也没所谓 ...
现在电源架构没有以前瞬时强,最近的电源几乎都是LLC的,效率堆上去后瞬时效能是不如以前的移相全桥厉害的。

  -- 来自 有消息提醒的 Stage1官方 iOS客户端
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 楼主| 发表于 2018-10-30 12:47 | 显示全部楼层
天神十三煞 发表于 2018-10-30 10:50:30
650无论如何新方案,也只够默认或微超一下的
实际不刷bios解锁功耗墙什么的,默认小拉2ghz内超超GPU,80 ...
惊了你家的2080Ti解锁功耗墙了?拉功耗就是2080Ti默认可以用的,FE公版可以+30%,官方就给的这个设定,其他家的2080Ti默认是11%的幅度,更新bios后是23%,你不要以为2080Ti是解锁了功耗墙瞬时才有1000W,这和拉主频都没有半毛钱关系,2080Ti默认的主频就被默认的功耗限制住了,你说不拉功耗小超就是来搞笑的,不拉功耗默认频率都稳不住,轻度拉10%的功耗跑默认频率都能让瞬态破1000W,你到现在卡都没拿到就别到处发表意见了,2080Ti不拉功耗根本没办法超频,只拉频率不拉功耗实际跑分还会降低。

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发表于 2018-10-30 12:58 | 显示全部楼层
DOOMer 发表于 2018-10-30 12:06
默认情况下瞬时是750W,非公是功耗限制给得比公版少一点,一般是300W的TDP,但是这种情况下其实瞬时功耗随 ...

这代这么凶残 我感觉我又买不了显卡了
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发表于 2018-10-30 13:08 | 显示全部楼层
看过这个文章,作为学过电气工程的人,表示分析得很有道理,是这个道理,但是也没有实际证据表面电源无法承受住那么高都瞬时功率

我还是觉得,反正京东买,炸了换就
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 楼主| 发表于 2018-10-30 17:02 | 显示全部楼层
咲月露娜 发表于 2018-10-30 13:08:25
看过这个文章,作为学过电气工程的人,表示分析得很有道理,是这个道理,但是也没有实际证据表面电源无法承 ...
我的P660只能默认带2080Ti,2080Ti功率只要稍微拉10%,玩重负载游戏就会电脑重启

  -- 来自 能看大图的 Stage1官方 iOS客户端
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发表于 2018-10-30 17:31 | 显示全部楼层
DOOMer 发表于 2018-10-30 17:02
我的P660只能默认带2080Ti,2080Ti功率只要稍微拉10%,玩重负载游戏就会电脑重启

  -- 来自 能看大图的 St ...

呃,2080Ti官方推荐的650W是没算超频的情况啊,只要650默频不炸就说明能承受那么高都瞬时功率
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