超能課堂(315):PC電源供電介面的壽命,到底是如何計算的?

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喜歡折騰硬體的PC DIY玩家或多或少都會遇到過這樣的事情,那就是某個供電介面經過多次拔插之後,突然之間就不好使了,表現為高負載介面帶點異常的發熱,甚至是整機直接黑屏重啟,無法維持穩定工作。這樣的故障一般來說可以通過更換電源來解決,甚至很多時候只需要換一個沒有用過的供電介面即可,因為這不是電源本體的故障 所引起的,而是電源介面在多次拔插之後出現了物理結構的損壞,無法保證正常的電氣效能所導致的。

PC電源的供電介面其實沒有大家想象中的那麼耐用

大家可能會覺得很奇怪,折騰PC硬體肯定免不了拔插供電介面,那PC電源上的這些介面理應考慮到多次拔插的用途並作出相應的優化設計,不應該在折騰幾回之後就罷工,模組式電源還說可以更換模組線原地復活,而原生線材的豈不是要為了幾個介面就換掉整個電源?難道說PC電源廠商就是通過在介面上偷工減料的方式,來迫使玩家定期更換電源,以保證自己產品的出貨嗎?

我們當然不能排除有部分廠商確實有這樣的打算,但對於大部分的電源廠商來說,這事其實也怨不了他們,因為PC電源的供電介面,確實天生就不適合多次拔插使用,即便是完全按照規範要求製作,最終成品的使用壽命也不過是30到50次的拔插迴圈,甚至更少,很容易就會折騰至損壞。這也是為什麼本體完好但介面磨損嚴重的高效能電源,在我們評測室中可謂比比皆是的主要原因。

PC電源供電介面的基本結構

那麼電源供電介面的使用壽命為什麼會這麼短呢?這就要從介面和線材的結構說起了,PC電源上的供電介面有很多種,例如24pin主供電、4+4pin CPU供電、6+2 PCI-E供電等等,這些介面的基本規格大家可以檢視我們此前的課堂文章 《超能課堂(89):不用擔心會插錯,PC電源供電介面逐個看》 。這些介面看上去雖然形態各異,但是從結構上來說卻是基本一致的。

PC電源的供電介面大體上都是由線材、端子外殼和金屬端子三個部分組成,在英特爾提出的電源設計指南中,就有對供電介面的這三個組成部分提出具體的要求,例如線材規格、端子外殼材質以及具體使用的金屬端子型號等等。以新增的12VHPWR介面為例,其規格已經在PCI-E 5.0的相關規範中有具體要求,英特爾的ATX 3.0電源設計指南也是直接沿用了相關的規範。按照相應的規格指示,12VHPWR介面中負責供電的線材也就是上方12pin介面所用線材必須使用16AWG或更高的規格,而下方用於通訊的4pin則需要使用不低於28AWG規格的線材;端子外殼則要求使用熱塑性玻璃纖維材質,並達到UL94 V-0級別(對樣品進行兩次時長為10秒的燃燒測試,火焰均能在10秒內自動熄滅)的防火能力;金屬端子則需要使用銅合金材質,以確保導電能力以及機械強度能滿足使用需求。

其它供電介面也有類似的規範要求,例如24pin主供電介面需要使用Molex Mini-Fit Jr. PN#39-01-2240或相同規格的端子外殼,金屬端子則需要使用Molex 44476-1112或相同規格的產品,除+3.3V以及部分反饋線可使用22AWG規格線材外,其餘線材要求不低於18AWG規格等等。基本上所有的PC電源供電介面都在英特爾的電源設計指南有詳細的規格要求,有興趣的同學可以自行查閱,這裡就不做進一步的展開描述了。

順帶一提的是,12VHPWR介面是PC電源上首個明確規定必須使用不低於16AWG規格線材的介面,其餘介面大都使用18AWG規格線材就可以滿足需求了。其實按照PCI-E 5.0規範提出的要求,12VHPWR介面的12pin上,每組線材需要承擔的功率要不低於55W,每根線材承擔的電流要不低於9.2A,理論上說18AWG線材也是能滿足需求 的,但16AWG線材有更高的電流承載能力,而且阻抗更低,這就意味著在相同的長度上,16AWG線材無論是發熱還是壓降都要比18AWG線材更小,更有利於維持供電的穩定。考慮到12VHPWR介面對應的是顯示卡供電,而顯示卡是PC中最重要的硬體之一,為12VHPWR介面配置 更高規格線材自然也是情理之中了。

上圖是先馬為其XF系列電源準備的12VHPWR介面模組線材(黑鑽系列使用的是同款黑色線材),其使用的 就是16AWG規格線材,絕緣層耐溫為80℃,由於使用的是2個8pin模組介面整合為1個12VHPWR介面的形式,因此用於通訊的4pin只連線了用於識別介面功率的S3和S4端子,使用的是24AWG規格線材,都是符合相關規範要求的。目前絕大多數的模組介面電源都是通過後期追加這種模組線材的方式來增加12VHPWR介面,以達到“相容”的效果,而完全體形態的12VHPWR介面還得等到真正意義上的ATX 3.0電源才會配置。

PC電源供電介面的壽命是如何計算的?

那麼電源供電介面的壽命如何計算的呢?嚴格來說並不是計算,而是由線材、端子外殼、金屬端子這三部分中,使用壽命最短的那部分決定的。在這當中,線材和端子外殼算是最耐用的,一般來說他們的壽命是按照使用年限來計算的,雖然說具體的年限數值會根據使用場合的不同而發生變化,但是在正常使用的環境下,線材和端子外殼要自然老化至無法繼續使用,那基本上都會超過電源的質保期限,因此它們的損壞更多地是因為外部因素導致的物理結構損傷。

介面的物理設計決定了兩者在接合後,端子會互相擠壓而形變

相比之下介面的金屬端子在正常使用中,所面臨的狀況就要複雜得多。PC電源上的供電介面,通俗來說都屬於“母口”,而用電裝置例如顯示卡、主機板、硬碟等上配置的介面,則屬於常說的“公口”,一般來說母口都是需要套在公口上面的,因此為了讓兩個介面可以緊密貼合,儘量降低兩者的接觸電阻,多數情況下公口的直徑都會比母口稍大一點,因此當兩個介面相互接合的時候,實際上也是雙方相互擠壓的過程,這就意味每當我們拔插一次介面,介面中的金屬端子都會經歷一次形變,而在多次的形變之後,兩者的結合將不再緊密,這就是我們常說的“接觸不良”了,此時介面就無法完整發揮其應有的效能了。

因此金屬端子的“壽命”並不是按照使用時間來計算的,而是按照拔插迴圈次數來計算的。所謂的拔插迴圈次數,就是一拔一插為一次迴圈,當拔插迴圈次數達到上限的時候,金屬端子的壽命也就到頭了。由於這個拔插迴圈次數在絕大部分情況下,都會比線材和端子外殼的使用期限更早耗盡,因此PC電源的供電介面都是以拔插迴圈次數來表示自己的使用壽命。

不過金屬端子達到“壽命”後,是不是就一定不能繼續使用呢?這倒未必,正如快閃記憶體的P/E次數其實是廠商可承諾的最小值,實際使用是有可能超過P/E次數的,金屬端子的拔插迴圈次數也是屬於可承諾的最小值,也就是說廠商是可以確保在這個次數以內金屬端子的效能變化會符合相關的規範要求,並不會影響使用,但超過這個次數之後他們將不再提供效能扇上的保證,儘管這個時候的金屬端子本身可能並沒有什麼大問題,仍然可以繼續使用。

PC電源供電介面的壽命有多少?

很多同學可能會以為,滑鼠的微動開關在結構上比供電介面的金屬端子複雜多了,其使用壽命也仍然能夠按照上萬次點選來計算,那後者的拔插迴圈次數理論上不應該要達到更高的水平嗎?畢竟結構越簡單的就越不容易發生損壞。理論上確實是這樣的,但實際上是兩者的設計初衷並不相同,滑鼠的微動本身就是按照長期點選使用設計的,所有的設計都是為了提供更多點選次數而做優化,但是PC電源的供電介面,本身在設計上就不希望使用者經常拔插,更多地是考慮如何能傳遞足夠大的電流,因此在使用次數上,兩者根本無法同日而語。

目前12VHPWR介面所用的金屬端子可提供25次拔插迴圈

我們以新近加入到PC電源中的12VHPWR介面為例,這個介面堪稱是PC電源中最脆弱的介面,按照電源廠商提供的資料顯示,這個介面在早期只能提供15到20次的拔插迴圈次數,而如今多數廠商所配置的介面其實已經算是經過了改良,但實際上也只有25次的拔插迴圈次數。這個次數確實很少,但如果你並不折騰硬體,組裝一臺PC之後,即便是每個月都拆開了進行一次清理,那麼這個介面少說也能滿足2年內的使用需求,倘若你是每3個月清理一次,那麼25次拔插迴圈次數足以滿足6年的使用時間,也就是說按照廠商預設的使用條件,其實介面的拔插迴圈次數是足夠使用的。但對於喜歡折騰硬體的玩家來說,或者像我們那樣有頻繁的硬體測試的需求,那麼25次的拔插迴圈次數可能連3個月甚至1個月都熬不過去,這個時候可以模組介面電源的優勢就得到體現了,因為我們可以通過更換新線材的方式,換掉壽命耗盡的介面。

SATA供電介面所用的金屬端子,使用壽命是50次拔插迴圈

其實不僅僅是新加入的12VHPWR介面,目前PC電源上的供電介面,普遍都不是那麼耐用。有一個在此前廣泛傳播的說法是SATA介面並不耐用,拔插迴圈次數只有50次,這個說法其實並不是沒有道理的,因為電源上的SATA供電介面所使用的金屬端子,基本上都是Molex 675810000或同款端子,在官方提供的資料中就明確表示這種端子的拔插迴圈次數為50次,SATA資料介面使用的也是類似的端子,因此使用壽命比較接近也是情理之中,經過多次傳播之後就變成了“SATA介面只有50次使用壽命”這樣的說法了。

Molex 44476型端子的拔插迴圈次數大都只有30次

而對於24pin主供電介面、4+4pin/8pin CPU供電介面、6+2pin/8pin PCI-E供電介面,它們多使用的是Molex 44476-1111或Molex 44476-1112型端子,雖然說目前公開的資料中並未提及這種端子具體的拔插迴圈次數,但該系列介面的使用壽命基本上都是30次拔插迴圈。換而言之,PC電源的供電介面確實在設計上就經不起折騰,這在一定程度上也可以用來說明,為什麼全模組電源會受到玩家的喜愛。

當然大家也不用過分擔心電源介面的使用壽命,誠然從廠商可承諾的使用壽命來說,PC電源的供電介面確實說不上很長,但是在絕大多數的使用環境中都是充足的,而且也不是說到了次數就一定損壞,只是超過拔插迴圈之後,介面可能隨時會就出現一些難以預料的故障,從而影響你的使用體驗。因此喜歡折騰硬體的玩家,全模組電源還是有其優勢的,畢竟相比於供電端的介面,電源上的模組介面所經歷的拔插次數一般要少得多,很多時候供電介面故障了,更換一條模組線就能讓電源原地復活,也確實是一件比較方便的事情。

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