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(wú)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(wú)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。
當(dāng)你打開一片硬件評(píng)測(cè)文章，翻到其功耗測(cè)試部分，你會(huì)發(fā)現(xiàn)功耗數(shù)據(jù)是通過墻上的220V市電插座測(cè)試出來(lái)的。這種測(cè)試非常容易，只要花不到50美元買一塊消費(fèi)級(jí)的功率表就可以了，它可要比那些嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的測(cè)試工具便宜多了。
通常情況下，這種功率表的準(zhǔn)確性還是相當(dāng)高的，特別是當(dāng)負(fù)載為幾百瓦并且屬于非線性負(fù)載的時(shí)候（計(jì)算機(jī)電源，特別是沒有主動(dòng)PFC的電源，就是一種非線性負(fù)載）。這種功率表中包含一個(gè)專用的微控制器，可以通過時(shí)間對(duì)電流電壓積分，從而計(jì)算出負(fù)載消耗的有功功率。
我們的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法
最簡(jiǎn)單的方法，就是通過在電源的各路電纜中串入分流器（一種阻值很小的電阻器）來(lái)測(cè)量電流大小，但是這種想法馬上就被拋棄了。因?yàn)榇箅娏骷?jí)別的分流器不僅個(gè)頭相當(dāng)大，而且其壓降為幾十毫伏，這對(duì)于電源里的+3.3V這一路來(lái)說確實(shí)大了點(diǎn)。值得慶幸的是，Allegro微系統(tǒng)公司生產(chǎn)了非常優(yōu)秀的基于霍爾效應(yīng)的線性電流傳感器，這種傳感器能夠?qū)⑵鋫鲗?dǎo)通路中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輸出電壓，同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
*當(dāng)測(cè)試電流通過其傳導(dǎo)通路時(shí)，傳導(dǎo)通路的內(nèi)阻不超過1.2毫歐。這樣的話，即使測(cè)試電流高達(dá)30安培，壓降也只有36毫伏。
*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(lái)測(cè)量不同電壓回路中的電流，無(wú)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(wú)需電壓等級(jí)匹配，也無(wú)需電流解耦。
我們選用了Allegro公司的30安培級(jí)別的電流傳感器ACS713-30T。由于它的輸出電壓和測(cè)試電流直接成正比，因此測(cè)量出輸出電壓以后，再乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)南禂?shù)，就可以知道電流的大小了。輸出電壓可以通過萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量，之所以沒有采用，是因?yàn)樗懿环奖?，而且?biāo)準(zhǔn)型的萬(wàn)用表響應(yīng)速度也不夠快。再有，為了同時(shí)測(cè)量各路電流，可能需要多個(gè)萬(wàn)用表。這樣一來(lái)，整個(gè)測(cè)試過程將是一項(xiàng)繁重的體力勞動(dòng)，顯然很不合適，因此我們決定自己制作一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
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(lái)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(lái)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。
這個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在使用前必須首先經(jīng)過校準(zhǔn)。方法是讓一個(gè)已知大小的電流流經(jīng)每一個(gè)測(cè)試通道，然后該電流和ACS713傳感器輸出電壓之間的比例系數(shù)就可以被確定下來(lái)。由此產(chǎn)生的8個(gè)通道的比例系數(shù)都被存儲(chǔ)在ATmega168微控制器的ROM里面，并且綁定到這張采集卡上。這張卡隨時(shí)可以重新校準(zhǔn)，向ROM中寫入新的系數(shù)。
圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間（單位：0.1秒），縱坐標(biāo)為電流（單位：安培）
辦公電腦測(cè)試
CPU：英特爾奔騰雙核E2220（2.4GHz）
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(wú)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(lái)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。
測(cè)試結(jié)果匯總
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Windows的啟動(dòng)過程中，雖然Athlon 64 X2 5000+最大功耗超過50瓦，但是在節(jié)電技術(shù)開啟后，閑置功耗則不到10瓦。注意看那條藍(lán)色的曲線，它代表了主板和硬盤的電流變化情況。這條曲線出現(xiàn)下降的時(shí)候，其實(shí)就是顯卡的節(jié)電技術(shù)開啟的時(shí)候，因?yàn)檫@套配置中的Radeon4650顯卡的電力供應(yīng)來(lái)自于主板上的PCI Express插槽。
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(wú)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。
測(cè)試結(jié)果匯總
文件服務(wù)器測(cè)試
這套配置是在前一套的基礎(chǔ)上加入了3塊西部數(shù)據(jù)猛禽硬盤，組成RAID0陳列。雖然所采用的硬盤已經(jīng)落伍，容量只有74GB，但由于這是功耗測(cè)試，而不是性能測(cè)試，所以仍然是合適的。
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(lái)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(lái)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(lái)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?
測(cè)試結(jié)果匯總
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。
到了Prime95測(cè)試環(huán)節(jié)，顯卡終于可以歇一歇了，其輔助供電接口電流僅有1安培。CPU功耗雖然增大，但是始終也沒有超過50瓦，這個(gè)數(shù)字其實(shí)還包括了供電單元的消耗。
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。
測(cè)試結(jié)果匯總
高端游戲電腦測(cè)試一
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：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
如果你在硬件論壇就以上這套配置向別人發(fā)帖詢問的話，很多人都會(huì)建議你至少購(gòu)買750瓦的電源。下面我們就來(lái)看一看，它的最大功率到底有多少？
由于Core i7和GeForce GTX 260都有節(jié)電技術(shù)，所以Windows啟動(dòng)過程沒有什么特別之處。
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。
FurMark測(cè)試中，顯卡功耗以6到7秒為周期進(jìn)行有規(guī)律地變化，這種現(xiàn)象不好解釋，可能是由于FurMark的特性所導(dǎo)致的。CPU顯然沒有滿載，其功耗幾乎維持在36瓦不變。
Prime95測(cè)試中，又輪到顯卡休息了，CPU功耗則從閑置狀態(tài)下的20瓦猛增到接近120瓦！看來(lái)英特爾的處理器在電源管理方面確實(shí)很優(yōu)秀，真的應(yīng)該好好表?yè)P(yáng)一下，同時(shí)希望未來(lái)32納米處理器的滿載功耗能夠降低一些。
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(lái)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(wú)法顯示出最大值。
測(cè)試結(jié)果匯總
高端游戲電腦測(cè)試二
這套配置是在前一套的基礎(chǔ)上將顯卡換成雙芯片的華碩ENGTX295（GeForce GTX295），這也是目前最頂級(jí)的游戲配置了。
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(lái)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(lái)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(lái)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(wú)法同時(shí)滿足來(lái)自顯卡的運(yùn)算需求。
現(xiàn)在來(lái)對(duì)比一下，如果采用以往那種測(cè)量方式，將會(huì)得到什么樣的結(jié)果？我們改為使用文章開頭提到的PM-300那種消費(fèi)級(jí)的功率表來(lái)測(cè)試，它向我們報(bào)告功耗最大值為490瓦。如果電源轉(zhuǎn)換效率按照90%來(lái)計(jì)算，這意味著整套電腦最大功耗為441W。但是利用我們自己開發(fā)的這套工具，測(cè)試結(jié)果卻表明，實(shí)際最大功耗已經(jīng)超過了500瓦。為什么會(huì)有這么大的差異呢？原因就在于，當(dāng)系統(tǒng)功耗快速而又劇烈波動(dòng)的時(shí)候，功率表報(bào)告的是平均值，而非最大值。
測(cè)試結(jié)果匯總
對(duì)于Core i7和GeForce GTX 295這種頂級(jí)配置來(lái)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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