CPU Pmax和GPU峰值功耗——你需要多大电源功率？

今天帮朋友查资料，顺手写点东西分享给大家。

系统峰值功耗的计算：是否要这么严格？

这次我写的题目源于下面表格（图片点开后可放大），其中信息量可是不少。

为了便于大家阅读，有必要解释一下：

-         表格中最左边2列，是CPU TDP（热设计功耗）和累积CPU Pmax；

-         最上面几行分别标明了显卡（GPU）数量、型号，以及累积的GPU峰值功耗；

-         表格中绿色部分，表示用1个1100W电源模块就可以支持的配置；

-         蓝色部分，表示用2个1100W电源非冗余模式（即合并功率输出）、或者1个在220V输入的1600W电源、2个在110V输入的1600W电源非冗余模式可以支持；

-         红色部分，表示用2个在220V输入的1600W电源非冗余模式才可以支持；

所指的机型就是下面这款DellPrecision 7920 Rack机架式工作站，看有似曾相识的感觉。没错，R7920的硬件平台就是基于2U的R740。

当然本文的重点不是讨论某一款主机，而是上表中那些功率数字，以及计算推导的过程。

该型号机架工作站可以支持3块全长、双宽的250-300WTDP显卡

Xeon Scalable处理器的Pmax峰值功耗

下面我们直接从Intel文档中把TDP和Pmax功率的对应关系列出来，这样看起来是不是舒服些：

平时大家常挂在嘴边的205W啥的都是热设计功耗，而Pmax则是除了服务器/工作站设计人员、电源工程师之外很少被提及的一个数字。以两头为例，70WTDP Xeon SP处理器的Pmax为154W；而205WTDP对应的Pmax高达413W，翻了一倍还多点啊。

我理解这个Pmax只是瞬间可能达到的峰值功耗，不是说TDP不可超越，而是如果CPU功耗真的能长时间提高这么多，我估计许多机型的供电和散热设计都吃不消。我在这里讨论的范围是2颗205W TDP CPU的平台。

结合下面这张图会更好理解一些：

上图截自IntelCore桌面处理器的文档，但道理是一样的。PL1（Power Limit 1）就是TDP；PL2 Intel规定允许的时间为100秒（实际情况另说）；而功率更高的PL3和PL4范围，则是只允许10ms瞬时达到的峰值。

关于Core系列的PL2具体数值，Intel官方文档中写的是PL1*1.25，大家不要对这个太认真。因为PL2在不同主板/机型上是可调的，比如65WTDP的Core i7CPU，在10秒甚至更长的时间跑到2倍设计功率都不新鲜，而95W的K结尾型号就更不用说了。

不过，针对企业级的Xeon处理器在PL2上则要保守许多，主要是Xeon Scalable和Xeon W-2000系列，除了前面提到的平台设计考虑，还有更多侧重于可靠性。由LGA-115x和LGA-1200衍生出的Xeon E及其后续XeonW-1000系列例外，本文先不展开讨论。

GeForce和Quadro/Telsa GPU的实际功率

下面这个也是从本文开头的表格中提取出来，可以说是不多见的一组数字。

注：上表中RTX5000及以上，TDP一栏较低的那个功耗，是在不使用Type-C供电的情况下。

这里的“峰值功耗”是不是有点吓人，甚至我怀疑有没有看错？比如75WTDP的P2000显卡峰值功耗居然高达204W，在没有辅助供电接头的情况下，PCIe x16插槽理论上只提供75W的供电，如果真的在204W运行哪怕10秒，我都担心电源和主板供电吃不消。

同时我还发现，Quadro P4000和RTX系列的峰值功耗看上去显得更高，比如RTX 5000、6000和8000显卡都是1个8pin+1个6pin +12V供电，理论上不应超过300W。因此我可以很确定地说，这个“670W”也肯定只是在瞬间可能达到，并且对系统设计不会有太多的压力。

为什么我敢这么说？因为定位商用/企业级的Quadro/Tesla在耗电设计上比GeForce要保守，类似于前面讨论的Xeon和Core之间的关系。我曾经写过《》，不过事实上2080Ti并不总会严守250-260W的TDP，短时间（至少几秒）达到300W甚至更高功率是会有的，所以它会设计2个8pin供电接口。

上图是我从FCPOWERUP网站引用，2080 Ti的12V峰值电流测到了52A，这可是624W（当然也是瞬时）。所以别看Quadro标称的峰值功耗高，实际对电源和散热的压力比2080Ti要低，特别是在多卡的系统环境中

别忘了电源也有Peak电流/功率

前面我们看到，在7920Rack工作站计算需要的电源功率时，拿CPUPmax和显卡峰值功率直接去相加了。实际应用中2颗CPU和多块显卡可能同时达到峰值吗？

还记得大约15年前，有次听一位Intel女工程师的英文分享——以实际应用来测试PC运行时的功率，相比直接把各组件的TDP相加，最多也就是达到60-70%的水平。不过当年的桌面CPU还没有Turbo，也没有这么Power的显卡（通用计算GPU也没出现）。

所以当年我们跑Pentium4、PentiumD的MaxPower散热测试，通常只是设定80% TDP。服务器还是要跑100%的，但当年电源选型时没有为“峰值功率”留出那么大的裕量。原因很简单——电源标称的也是可以长时间稳定运行的额定功率，而短时间乃至峰值都可以跑到更高。

上图是7920 Rack支持的2种电源模块参数。其中1100W这款还特别标出了153.3安培的峰值最大输出电流，计算下短时峰值功率已经超过1800W。

1600W模块倒是没有写这个Amps Peak，个人猜测可能没有1000W那么大幅度？但肯定也应该有一个高于额定的峰值功率（浪涌）。

回过头来再看这款2U机架工作站的电源配置规则，可谓相当保守，同时应该也留出了比较大的设计裕量。当然，这有可能和使用的具体电源模块特点有关。如果换成另一款GPU服务器/机架工作站，即使对应的电源功率没有峰值余地（或者不确定？），我觉得套用这个算法也不会有风险。（注：前提是电源12V输出设计合理，大品牌整机不会有虚标的问题，DIY说不准）

小结

简单总结下本文：大家不要被CPU的Pmax和显卡峰值功耗吓倒，在通常情况下，从电源到主板，从线缆到连接器等都有为短时峰值电流留出的裕量设计。只是有一点举例，能稳定支持3块Quadro RTX 6000/8000显卡的机型，换成同样数量的GeForce RTX 2080 Ti却不一定100% ok。是因为消费级和商用GPU之间的差异，我在前面讲过了。