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超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

2025年01月23日 首頁 » 熱門科技

在討論RTX 50系顯卡需要搭配怎樣的電源之前,首先需要知道的事情,顯然是RTX 50系列顯卡的功耗到底是多少。具體的實測數據,目前由於尚未解禁評測,我們並不能公開,但是按照我們以往的經驗以及各種已經公開透露的數據和資訊顯示,NVIDIA自己公布的RTX 50系的顯卡總功耗還是比較靠譜的,與顯卡實際的滿載平均功耗非常接近,可以直接用來做參考數據。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

RTX 50系顯卡相比RTX 40系顯卡,相同定位的產品在總功耗上其實都有所上升。RTX 4090與RTX 4090D的顯卡總功耗分別為450W與425W,而RTX 5090與RTX 5090D則都是575W,分別相差125W與150W,相當於提升27.8%與35.3%;相比之下RTX 5080與RTX 4080、RTX 5070 Ti與RTX 4070 Ti、RTX 5070與RTX 4070的顯卡總功耗就比較接近,分別是360W與320W(提升12.5%),300W與285W(提升5.3%),250W與200W(提升25%,幅度較大但數字不高)。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

考慮到不同定位的顯卡搭配的CPU、主板可能會有所不同,因此在計算可能的電源功率需求時,追加CPU以及其他硬體的功耗也會有些不同,一般來說RTX 5090、RTX 5090D、RTX 5080這類旗艦級顯卡,建議的電源功率需求是在顯卡總功耗的基礎上追加400W;而RTX 5070 Ti、RTX 5070等高端顯卡,建議的電源功率需求是在顯卡總功耗的基礎上追加300W;當然如果你覺得這麼區分有點麻煩,也可以直接統一追加400W。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

這是華碩對RTX 50系顯卡所需電源的推薦

 

這個時候你就會發現,這樣計算出來的電源功率需求,與NVIDIA給出的系統功率需求,在數字上是接近的,也就是說我們照著NVIDIA的推薦搭配相應功率的電源就可以了。只是事情真就那麼簡單麼?

功率是什麼?是單位時間內傳遞或轉換的能量,能量的單位是焦耳J,功率的單位是瓦特W,1W等於每秒鐘(s)做功1J,即1W=1J/s。這其實是一個很粗略定義,並沒有規定做功的方式。我們就以PC電源為例,如果一個電源在2秒鐘內,每秒鐘轉換1焦耳能量,總計轉換2焦耳,那麼其功率是1W,而這個電源在2秒鐘內的前一秒就轉換2焦耳能量,後一秒不做功,那麼按照2秒鐘內轉換的總能量計算,這個電源的功率也是1W,但要實現這樣的工作模式,很顯然對電源的功率需求得按照「前一秒」計算,也就是2W功率。

這其實就是「平均功率」與「瞬時功率」的區別,那我們為什麼在這裡會提這樣一嘴呢?因為目前顯卡和CPU的功率需求,對於電源來說其實是上述的第二種工作模式。用普通的家用功耗儀測量平台功率,或者用常規的電流鉗表測量顯卡的輸入電流,由於採樣率和算法的原因,他們顯示的大都是某段時間內的「平均功率」或「平均電流」,電源在承擔真正的瞬時功率,但是「測量數值」上卻被「平均化」了。而想要測量到真正或者是接近真實的瞬時功率,就必須縮短採樣時間,能以毫秒甚至微妙級別採樣的示波器與高模擬帶寬電流探頭才是合適的設備。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

我們以RTX 4090D顯卡為例,使用泰克MDO3054示波器與TCPA400 TCP404XL電流探頭的配合測量顯卡的外接供電輸入,使用的電源是鑫谷崑崙九重KE-1300P冰山版,在運行《黑神話:悟空》的Benchmark測試的情況,測量到顯卡的外接供電接口輸入電流平均在30A上下,相當於360W,而峰值電流則在60A左右,相當於720W。而且我們觀察整個電流波形可以看到,顯卡的外接輸入電流其實是一種周期性的動態變化,周期時間與當前顯卡的輸出幀數是有關聯的,動態幅度非常的大。

因此電源能不能帶得起某張顯卡,不能只看其輸出能否滿足「平均功率」的需求,也要看其輸出能否滿足「瞬時功率」的需求。而目前NVIDIA公布的顯卡總功耗,只是相當於「平均功率」而非「峰值功率」,簡單地看著「平均功率」的數字去計算電源功率的需求,仍然有翻車的可能。

這個時候我們就要提到ATX 3電源的意義了,ATX 3電源可以看作是ATX 3.0/ATX 3.1電源的統稱,其誕生很大程度上就是為了指導電源廠商去滿足顯卡的瞬時功率需求。目前ATX 3電源設計指南已經融入了PCIe CEM 5.1對瞬時功率的相關需求,因此我們可以簡單地認為,只要是真正的ATX 3電源且顯卡符合PCIe CEM 5.1的設計要求,那麼電源在滿足顯卡「平均功率」的需求下,也應該可以滿足顯卡對「峰值功率」的需求。

那麼NVIDIA推薦的電源功率,能滿足RTX 50系顯卡及其配套平台的需求嗎?這個問題的答案是顯而易見的,只要RTX 50系顯卡確實符合PCIe CEM 5.1要求,玩家採購的電源有充足功率且滿足ATX 3的相關要求,那麼這個電源沒有理由會帶不動相應的RTX 50系顯卡,現在的關鍵是在於,NVIDIA給出的配置要求是「留有餘量」,還是「基本要求」呢?

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

其實從示波器截圖可以看到,顯卡峰值功率雖然高,但是持續時間卻是非常短的。實際上顯卡的工作是以幀為單位,渲染圖像時達到滿載,完成後進入待機並輸出圖像,直至下一幀渲染的啟動,這就是為什麼顯卡的瞬時功率會是一種周期性的變化,而且會與顯卡輸出幀數聯動。在PCIe CEM 5.1中,有對顯卡的峰值功率與持續時間提出相應的要求,在12V-2x6供電接口上,峰值功率的持續時間不長於100μs時,最高不能超過平均功耗的3倍;峰值電流持續時間在100μs至1s以內的,峰值功率的需求則按照持續時間的長度呈線性下降;當持續時間超過1s時,這時已經算是持續功率了,對應的數值就是平均功耗,且不得超過12V-2x6接口本身的供電上限。

 

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仍然以RTX 4090D為例,其12V-2x6接口的平均輸入電流為30A,對應360W,那麼當其峰值電流為60A時,意味著其峰值功率的持續時間將不能超過10ms。這個因此這個時候我們就按照ATX 3的160% 10ms動態峰值計算,RTX 4090D顯卡的對於電源的需求理論上只需要450W,算上高端CPU以及其他硬體需要400W左右的功率,這個時候額定功率為850W的ATX 3電源是可以兜住的,剛好符合NVIDIA推薦的配置。而且我們仔細看波形圖的話會發現,RTX 4090D的峰值電流持續時間其實遠不到10ms,甚至是不到1ms,完全可以按照ATX 3中的180% 1ms動態峰值計算。換句話說850W的ATX 3電源對於RTX 4090D來說其實已經留有餘力。

ATX 3電源是有針對峰值功率尤其是動態超載進行專門設計優化的,因此其可以實現最高200%的動態超載,但是在此之前的ATX12V 2.x規格電源並無相應的要求,其動態輸出設計也是在額定功率的範圍內。因此其在應對峰值功率需求上,更多地是要將峰值功率也包含在自己的額定功率內。當然ATX12V 2.x電源也不是完全不留餘量,但很多時候餘量並不多,而且對可持續超載的時間也沒有規定,有可能可以實現120%額定功率的輸出,但無論是持續100ms還是10ms,數值上都是120%。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

ATX 3電源有明確的動態超載要求,但ATX12V 2.x電源並沒有

 

因此這樣的電源在應對顯卡功率需求時,能做的幾乎就是無腦疊加峰值功率,這就是為什麼ATX 3的850W電源可以輕鬆應對RTX 4090D,但如果放到ATX12V 2.x的電源上,就只有1000W或以上電源才算是符合需求。另外還有非常重要的一點是,ATX12V 2.x電源尤其是玩家手中的存貨,多數是不帶有12VHPWR或者12V-2x6接口的,在應對新一代顯卡時往往需要使用轉接線,會占用多個PCI-E供電接口,視覺上也不夠美觀。因此我們是更建議大家在使用新一代顯卡時選用合適ATX 3規格電源,至於老款的ATX12V 2.x電源就讓它安靜退休吧。

那麼現在我們回到一開始的問題,到底RTX 50系顯卡需要怎樣的電源?目前最接近評測解禁的顯卡就是RTX 5090與RTX 5090D,兩張顯卡的基本規格非常接近,NVIDIA給出的顯卡總功耗也是相同的,因此我們可以簡單地認為這兩張顯卡對電源的需求是相同的,具體的數字則需要看顯卡的峰值功耗,規範要求是不超過平均功耗的3倍(持續時間100μs),那麼對應最大值就是的575W*3=1725W,加上CPU與其他硬體的400W,那就是2125W,按照ATX 3電源最高可實現200%@100μs動態峰值計算,對應的就是1000W到1100W左右的電源,再留點餘量1200W是足夠了。

然而這個計算只適合有「功率焦慮症」的玩家,其實按照目前已知的各種資訊顯示,RTX 50系顯卡的峰值功率並不會達到3倍於平均功率的水平,按照2倍計算就足夠了,也就是575W*2=1150W,加上其他硬體的400W,按照ATX 3電源的200%@100μs動態峰值計算,1550W峰值功率對應的就是750W到850W級別的電源,即便再保守一點按照180%@1ms動態峰值計算,850W級別的電源也是可以兜住的,前提是電源配置12V-2x6接口確實為600W級別功率。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

同理RTX 5080、RTX 5070 Ti、RTX 5070顯卡的電源需求,也可以用這樣的算法進行計算,按照ATX 3要求的180%@1ms的要求來看,RTX 5080需要的電源是不低於650W,RTX 5070 Ti對應的電源是不低於550W,RTX 5070對應的電源是不低於500W,當然前提仍然是電源確實符合ATX 3相關要求且提供的12V-2x6接口可支持顯卡對應的平均功率,考慮到這點的話,RTX 5080顯卡對應的其實應該是750W電源(12V-2x6接口不低於450W),而RTX 5070 Ti與RTX 5070則適合650W電源(12V-2x6接口不低於300W)。

這裡再強調一句,以上計算都是基於電源符合ATX 3相關要求的前提,如果玩家買到了虛假或不達標的ATX 3電源,那麼以上計算將毫無意義。如果玩家不確定自己能不能分辨ATX 3電源的真假,建議大家看我們的電源天梯榜選購產品,也可以參考英特爾的電源兼容性測試、PPLP電源效能星級計劃等第三方的名單,相信能幫助大家找到合適的產品。

ATX 3.0/ATX 3.1電源雖然都可以統稱ATX 3電源,但是它們多少還是有些區別,其中之一就是12VHPWR接口與12V-2x6接口的選用,按照英特爾的說法就是12V-2x6接口是用來取代12VHPWR,只有使用12V-2x6接口的電源才算是ATX 3.1。但事實上是12V-2x6與12VHPWR兩個接口在物理結構上是相互兼容的,只是前者在細節設計上進行了調整,有更強的安全性,如果單論接口的供電能力,兩者都能實現最高600W平均功率,峰值功率300%即1800W。因此在插好接口的前提下,使用12VHPWR還是12V-2x6接口並不影響顯卡的工作,但後者確實可以憑藉成為更優選。

 

超能課堂(338):這回還有功率焦慮嗎?淺談RTX 50系顯卡的電源需求

 

當然現在也有不少電源廠商在12V-2x6接口的基礎上,推出了屬於自己的「更優版12V-2x6接口連接線」,例如鑫谷的崑崙九重KE-1300P電源上就有針對12V-2x6接口的供電進行優化,除了電源本身採用全數字化控制,可以實現微秒級的高精度輸出電壓控制以及動態調控性能,同時在12V-2x6供電接口上也採用自行設計的3D走電技術,該技術可以兼顧12V-2x6連接線的散熱和均流的作用,可以降低線材在全功率輸出時的溫度,也可以避免單線負載過高的問題,也算是相當有心思的設計了。

因此對於用戶來說,雖然12VHPWR接口與12V-2x6接口並不會影響RTX 50系列顯卡的正常使用,但前者終歸是被後者所替代,如果玩家需要選購新的電源,那麼使用12V-2x6接口的電源產品肯定是首選,12VHPWR還是讓它隨風而去吧。

 

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