拡張カード類の消費電力

2001/05/04　original issue
2003/010/04　update

最近の拡張カード類はものによっては大変電気を喰うようになってきました。
カード基盤上のチップにヒートシンクが付けられるようになったら消費電力が
増大したという証なわけですが、あらゆる機能が高性能化を続けているの
ですから当然ではありますね。
それで、現時点で電力的に一番問題なのはグラフィックスカードでしょう。
次いで問題になってくるのはHardwareRAIDカードでしょうか。
SIMMや拡張メモリドータを載せたSoundBlasterAWEシリーズも結構電気を
喰いそうです。
（とはいえ今時ISAのSBを使っている人はごく少数でしょうが・・・）

・Graphicsカード

・Soundカード

・Ethernetカード

・SCSIカード

・SCSI　RAIDカード

・VIDEO Captureカード

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・Graphicsカード

ではまずグラフィックスカードを見てみますが、昨今の著しい高性能化によって
GPU（グラフィックスチップ）はCPUを超えるほどに高集積化が進んでいます。
昔はAGP/PCIスロットの5Vや3.3Vラインがそのまま駆動電圧になっていましたが、この
高集積化のためにグラフィックスチップの動作電圧はどんどん下がっています。
また、使用されるメモリもDDRが主流となり、DDRメモリチップの動作電圧は2.5Vです。
現時点ではnVIDIA、ATi、Matroxの使う0.15μプロセスルールが最小ですが、これですと
動作電圧は推定1.6V以下です。　だからカード上にDC-DCコンバータがある
わけですが、これらを5V系から作っているか、3.3V系から作っているかは
採用チップの種類やカードベンダの設計によって違います。
カノープスは自社製品の要求電力をキチンと明示していますのでそこから
拾ってみると・・・

恐ろしいですねぇ・・・・
Spectra WX25は瞬間とはいえ+5Vだけでカード単体にて45Wもの電力消費です。
貴方の電源ユニットの3.3V+5V MAXは何Ｗでしょう？　へたすると電源ユニットの
能力の1/4はSpectraに喰われていた　なんて事にもなりそうですね。
（上表で要求値が最も大きい電圧が、カード上でGPUのコア電圧を生成するのに使われて
いるものだと考えてほぼ間違いないでしょう）

ここではカノープス製品を取り上げましたが、同社をヤリ玉にあげているわけ
ではありません。同一GPUを使用している他社のグラフィックスカードもほとんど
同じ消費電力のはずです。
それどころか、同社の5400以降の製品はAGPスロットから大電力を調達する事を抑えて
外部電源化（電源ユニットから直接調達）するようになっており、これは
他社よりも優れた動作安定化対策と言えます。
AGPスロットから5〜9Aという大電流を瞬時に消費されるとマザーボード内での
瞬間的な電圧降下が高い確率で起こり得ます。　これはCPUやチップセット、メモリ、
各種マザーオンボードデバイス、他の拡張カード　などの誤動作を招く要因となり得ます。
もちろんまともな設計のマザーボードならこのような危険性を充分考慮して、電源層や電源ラインパターン
の低インピーダンス化や主要デバイス、PCIスロット周辺に低ESRコンデンサ（充放電速度が速い）を配して
対策してありますから、高性能（＝負荷変動が激しい＆高消費電力）な拡張カードに外部電源化が
「必要不可欠」とまでは言いません。
（2000+超のAthlonや2G超のP4系や1G超のP3系などのDualマザーでは必要不可欠に限りなく近いと思いますが）
とはいえカノープスの対策は「より安定」を目指す意味から高性能な拡張カードにおいてはとても有意義
と思います。
Radeonのハイエンド系もAGPスロットではなく外部からの電源調達になってきていますね。

ただ、ここで面倒な話もあります。
それは組み合わせるマザーボードとビデオカードの各電源回路構成がどうなっているか？という
問題です。
マザーボード側の電源系回路の構成（CPUコア電圧やチップセットコア電圧をそれぞれ何V系から生成
しているか）と、ビデオカード側の電源系回路の構成（GPUコア電圧を何V系から生成しているか）が
どちらも主要コア電圧を5V系から生成するような組み合わせですと、5Vがとてつもなく強いATX電源が
必要となります。
最近のPentium4/P4Xeonマザーならば、CPUコア電圧は12V系から生成するようになってきていますので
組み合わせるビデオカードがGPUコア電圧5V系生成型かGPUコア電圧3.3V系生成型か、によって
選択すべきATX電源は変わってきます。ビデオカードが前者型なら12Vと5Vが強いATX電源が必要、
ビデオカードが後者型なら12Vと3.3Vが強いATX電源が必要、という事です。

MatroxやATiなどもカノープスのようなデータが見つかると良いのですが今のところ発見
できません。

それと、これは「最大消費電力」ですから、3D機能を使わないアプリケーションだけ
の使用ならば、消費電力もこの2/3程度までは下がるようです。
参考→tecchannel.de

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・Soundカード（高額なAudioカード除く）

基本的に現在のPCIサウンドカードはスピーカ駆動用アンプ未搭載のものが多く、
電力消費が小さいのでざっぱくにDAC部（AC97Codecチップ）が12Vで0.1A、
Soundチップが5Vで0.4Aの計約3Wも見ておけば充分過ぎるくらいでしょう。

以下全ての拡張カードについても言えることですが、私の極めてアバウトな
消費電力推定法を書いておきます。（もちろんこの方法が通用しない場合もあります）

１．そのカードが動作状態にてカードのメインとなるLSIやその他大きなLSIに触れてみる

・冷たい→ICが死んでいる（笑
・温度を感じない→100mA以下の電流が流れている
・ぬるい→500mA以下の電流が流れている
・熱い→1A以下の電流が流れている
・長時間触り続けられないくらい熱い→2A以下の電流が流れている（ヒートシンク付が多い）
・触った瞬間に火傷しそうなくらい熱い→2A以上の電流が流れている（必ずヒートシンクが付く）

２．上記触診のうち後半３つの場合、結構な確率でメーカのデータシートに
　　消費電流値が出ている

３．チップメーカのデータシートがあれば動作電圧も判明するが、ICのパッケージ種別を見れば
　　推測できます。
　　一般に、QFPタイプならば動作電圧5V（3.3V動作品もある）が多く、パッケージ厚1.5mm未満
　　程度の薄型QFPタイプやBGAタイプならば動作電圧は2.5V〜3.3Vかそれ以下が普通でしょう。
　　また、カード上の回路（電源レギュレータIC種別）から動作電圧の特定もできるでしょう。

４．これで動作電圧、推定電流が出るので消費電力も推定可能です。
　　カード上のその他の能動素子/受動素子（コンデンサ、トランジスタ、抵抗など）の
　　電力消費は微々たるものなので全部まとめて0.5Wと見積もる。

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・Ethernetカード

チップがQFPものならば多くてもせいぜい5V500mA（＝2.5W）程度と考えれば充分。

チップがBGAパッケージならば多くても3.3V1A（＝3.3W）未満と考えれば充分。

ただしGIGAbitEtherになるともう少し上になるかもしｒれない。

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・SCSIカード

チップがQFPものならば多くてもせいぜい5V1A（＝5W）程度と考えれば充分。

チップがBGAパッケージならば多くても3.3V1A（＝3.3W）未満と考えれば充分。

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・SCSI　RAIDカード

かなり幅がある。

ServeRAID4H・・・IBMは公表していないので手持ち品から概算で算出すると約33W、
　　　　　　　　　　　すると5Vから各電圧を生成しているので消費電流は約6.6A
　　内訳　　　　　　　　　G3/366・・・2.5V2.2A＝5.5W
　　　　　　コンパニオンCPC700・・・3.6V0.44A＝1.6W
　　　　　　　　　CPU用メモリ32M・・・3.3Vで約0.5W
　　　　　　キャッシュメモリ128M・・・3.3Vで約1.5W
　　　SCSIチップ53C-1010*２個・・・3.3V1A*2＝6.6W
　　RAIDコントローラLSILogic２個・・・3.3V1A*2＝6.6W
　　　PCI-PCIブリッジAnaconda・・・3.3V1A＝3.3W
　　ターミネータ及びトリクル充電・・・3.6V2A＝7.2W

AAC-364・・・5V4A＝20W（メーカ公表のMAX必要値）
　　　　　　　　上記ServeRAID4H同様に概算算出すればよいのですが、面倒でまだしていません。

AAA-131U2・・・5V4A＝20W（メーカ公表のMAX必要値）
　　　　　　　　（「AAC-364と同じ」というところが非常に疑問・・・）

AcceleRAID 150・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
AcceleRAID 200・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
AcceleRAID 250・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
AcceleRAID 352・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
eXtremeRAID 1100・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
eXtremeRAID 2000・・・5V3.5A＝17.5W（メーカ公表のMAX必要値）
　　　　　　　　（Mylex製品のここまで全部17.5Wと同じなところが大変腑に落ちない気はするが・・・）

eXtremeRAID 3000・・・5V4.5A＝22.5W（メーカ公表のMAX必要値）

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・VIDEOキャプチャカード

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