¿Por qué las tarjetas gráficas de computadora usan un conector de 8 pines (4 cables positivos y 4 negativos) en lugar de un conector con un solo cable positivo y negativo?

Siempre me he preguntado por qué las tarjetas gráficas de computadora usan un conector de 8 pines (4 cables positivos y 4 negativos) en lugar de un conector con un solo cable positivo y negativo.

Esto permite utilizar múltiples conectores y cables baratos, en lugar de cables gruesos individuales y conectores de alta corriente más caros. Múltiples alambres delgados también son más flexibles que alambres gruesos. Múltiples pines en la placa de circuito alivian el problema de rastrear altas corrientes en una PCB.

No se trata solo de manejo de energía, es la caída de voltaje en el cable que necesita ser bien controlada.

1. Para permitir más corriente que una sola conexión puede proporcionar de manera confiable.
2. Para una resistencia general más baja y, por lo tanto, una menor caída de voltaje
3. Para redundancia a medida que las conexiones individuales aumentan su resistencia debido a la oxidación, suciedad, etc., a medida que envejecen.

De acuerdo con las especificaciones electromecánicas PCIe , los conectores de alimentación se especifican para suministrar +12 V, y un conector 2x3 puede suministrar 75 W o 150 W para un 2x4. Los dispositivos PCIe de alta potencia (GPU en general) pueden extraer hasta 300 W a través de una combinación de conectores de alimentación PCIe y 25 W desde el conector de borde.

En el capítulo 3 del documento, menciona:

• Los + 12V entregados desde el conector de borde x16 estándar y los + 12V adicionales entregados a través de los conectores de alimentación auxiliar 2 x 3 y / o 2 x 4 dedicados deben tratarse como provenientes de rieles de suministro de energía independientes del sistema.
• Los diferentes potenciales de entrada de +12 V de los diferentes conectores no se deben acortar eléctricamente en ningún punto de una tarjeta complementaria PCI Express 225 W / 300 W.
• Los pines de alimentación de un solo conector de alimentación auxiliar de 2 x 3 o 2 x 4 se pueden acortar entre sí.

Por lo tanto, por conector puede que no haya diferencias según las especificaciones si todos los cables se combinaran en el arnés, aunque sería costoso dividirlo en todos los pines del conector Molex.

No sé cómo se realiza el cableado en las fuentes de alimentación, pero las fuentes generalmente se dividen en unos pocos rieles. Combinarlos más cerca del punto de carga podría ayudar con alguna regulación.

En la GPU, generalmente hay varias (10-20) fases de voltaje que combinadas pueden entregar ~ 200 A @ 1 V en el núcleo y la memoria de la GPU. Como ejemplo, el Nvidia Titan V tiene un conector 2x3 y 2x4 y puede producir hasta 250 W de calor. GamersNexus hizo un desmontaje de uno y miró el circuito de suministro de energía:

Varias razones, todas derivadas del hecho de que las GPU generan mucha corriente.

Una GPU puede extraer 100 W a través de uno de esos conectores. A 12 voltios, eso es 8 amperios. La alta corriente a través de un cable producirá una caída de voltaje de un extremo al otro, proporcional a la resistencia del cable. Esto da como resultado un voltaje más bajo en la GPU y la pérdida de energía en el cable, lo que resulta en una menor eficiencia en la transferencia de energía y más calor en el caso.

La caída de voltaje se puede mitigar de dos maneras principales: una es bajando la resistencia del cableado, ya sea utilizando cables más grandes o colocando varios cables en paralelo. Disminuir la resistencia significa menos caída de voltaje y más eficiencia. Otra solución es agregar un cable de detección de voltaje adicional que no transporte corriente para que la fuente de alimentación pueda detectar y ajustar el voltaje en la carga, compensando la caída de voltaje en los cables.

Otro factor en juego son las preocupaciones mecánicas. Los cables gruesos son menos flexibles que los cables delgados, lo que resulta en un enrutamiento de cables más difícil, problemas de radio de curvatura y mayor tensión en los conectores y placas de circuito. El uso de pasadores múltiples también aumenta el área de superficie de contacto, disminuyendo la resistencia de contacto. Las rutas de corriente paralelas también proporcionan cierto nivel de redundancia.

El conector de alimentación PCIe de 8 pines utiliza ambas soluciones: tres pines de alimentación paralelos, tres pines de tierra paralelos y un par de pines de detección de voltaje. El uso de tres pines de alimentación paralelos reduce la caída de voltaje a través del cable al tiempo que proporciona una buena flexibilidad, mientras que los pines de detección aseguran que la carga realmente reciba 12 voltios.

La respuesta es más mundana, los conectores 2x3 y 2x4 están disponibles en "todos" los sistemas, ya que son la salida predeterminada en la fuente de alimentación. Y como están disponibles, no necesitan fuentes de alimentación especiales para tener salidas de 75W o 100W.

Además, la menor potencia individual podría simplificar los transformadores en la tarjeta GPU, utilizando componentes más pequeños.