老黄在本次推广30系显卡的时候提供了一个新的PCAT显卡功耗测量工具，让媒体把功率插座扔掉，不过这个工具还有一些问题。我上上周就看到并且分析了这个工具，还是一起分析一下吧。图片引用自igorslab.de。

如何测量显卡的功耗一直是一个棘手的问题，针对媒体普遍缺乏合适的工具和准确的测量方法，NVIDIA在本次推广30系显卡的时候也给媒体送测了两套工具，一套是用于检测显示延迟、帧数的LDAT (Latency Display Analsis Tool)，另外一套是本文要吐槽介绍的PCAT (Power Capture Analysis Tool)。

要如何准确测量显卡的功耗？当然不是用功率插座。首先得想一下在哪儿测量才是准确的，其次找到合适的测量工具，最后才是测量。

在哪儿测量？我们先看一下PCIE协议是怎么说的。

PCIE电气规格书(PCI Express Card Electromechanical Specification)中对于显卡的供电接口进行了详细的介绍，显卡供电一部分来自PCIE插槽前端的一小段金手指，也称之为Edge connector，一部分来自外接的6Pin或者8Pin Power connector。

其中Edge connector金手指提供了12V和3.3V两个通道，12V有5个Pin，3.3V有3个Pin，每个Pin可以承载1.1A电流。计算下来，3.3V可以跑3A Max / 9.9W，12V可以跑5.5A Max / 66W，还有一部分3.3V Auxiliary只有400mA工作电流不到，可忽略不计。75W供电规格的插槽就是这么来的。

外接部分，6Pin和8Pin Power connector都是3组12V，每组端子可以跑6-8A电流，按30℃环境下7A算可跑252W的物理上限值。但协议上限6Pin和8Pin是75W、150W每组。

知道电力是从什么途径进入到显卡的，那么只需要在这2个地方各装上一个电流表，一个电压表，按照P=UI的方式就可以计算得到显卡的功耗，多么简单。

实施起来是这样的，NVIDIA PCAT功率测量工具的硬件由两部分组成，一部分是测量PCIE插槽的功率，另外一部分测量外接PCIE 8Pin的输入功率，加起来就是整张显卡的功耗。

先看MCU板子这部分，MCU使用的是ATMEL MEGA32U4，一个8Bit的MCU，含2.5KB SRAM和1KB EEPROM，自带一个12通道10bit ADC和USB 2.0输出接口。检流电阻是3片Vishay WSK3637 5L0F 5mΩ，1%精度，功率3W。电流承受能力24.5A，3片可以达到73.5A，目前够用。

PCIE转接卡部分，PCIE转接卡搭配一个INA3221组成的检流电路和输出接口。

重点来了，MCU板子和PCIE转接卡都分别使用了一颗TI公司的INA3221，这颗芯片在显卡上也能经常看到，它是一颗3通道的功率测量IC，通过测量外接的检流电阻上的压降，与检流电阻的阻值进行运算就可以得到输入电流，再通过与输入电压进行运算得到输入功率。MCU转接板上用了1颗INA3221，采集3个12V 8Pin接口，而PCIE转接卡用的1颗INA3221采集12V、3.3V、3.3V Auxiliary。物尽所用。

从这颗芯片的规格书我的元器件资料数据库可以看到INA3221的最高带宽是3.5KHz，最重要的是带3个测量通道，1ku的采购成本1.77美刀，可能是拿来做功率测量套件成本最低的方案了。

INA3221的采样平均转换时间可以设置在140μs到8.244ms之间，本来用途是用于平滑掉噪声的，不过同样会把采样的电压波动抹平、平均。我们不知道NVIDIA对它的采样设置在哪一档，假设设定在最快的140μs一档，但NVIDIA提供的软件最低可以选择的测量dt为100ms一格，带宽10Hz。也就是说，如果你的游戏可以跑到100帧，每帧10ms，这个工具测量下来的值相当于显卡跑10帧的平均功率。问题就出在这了，这个工具的采样率不是很高，拿来测了平均功耗是很OK的，比功率插座还是强得多，起码采样的地方是正确的，但有一些细节看不到。

PCAT配套的软件是这样的界面，这套软件可以说是PCAT工具最大的亮点，直观！可以看到各路12V 8Pin、3.3V、3.3V AUX的电压、电流和功率。显示时间可选10秒到1小时到无限。界面右下角状态栏显示的是采样时间dt 100ms。

疗效我们看一下，igorslab使用了2080Ti显卡跑一个游戏，并且利用PCAT进行采集，可以看到PCAT采集到的显卡功耗基本都在275W上下小幅度波动。

换成示波器来测量就不太一样了，igorslab使用的电流探头带宽设置在100KHz，10μs可以抓一个点，下面是测量20ms内的2080Ti功耗波形，可以抓到400W的峰值。比上面的275W或者说300W高了近33%。这就是采样率不同所带来的不同效果，要测量显卡的峰值功耗，使用的电流探头带宽起码要是功耗波形频率的2倍以上。

igorslab在总结部分也说到PCAT工具使用起来相当方便省时，但是随着显卡的平均功耗的增加，会存在更高的峰值功耗，但是PACT在毫秒级的测量完全测不出来，既然显卡上面都有同样的功率监控芯片了，为什么不在GPUZ里面解锁就行呢，已经派不上用场，他们仍然需要使用示波器。

按FCPOWERUP测试的显卡功耗积累下来的数据，显卡的峰值功耗的脉冲宽度也就是几百个μs，一般不会超过1ms，所以这套工具有它的局限性。

可以期待一下有加强版的出现，即便是100K的带宽，测出来比TDP高很多的值，都可以说明当前出现的很多问题，但是成本又会是另外一个很大的问题。