Grundlagen GPUs: Leistungsaufnahme, Netzteilkonflikte & andere Mythen

AWG was? Kabelsalat und Gegrilltes vom Chefkoch

Etwas Überlegung statt Panik hilft immer

Zwischen Grafikkarte und Netzteil sorgen mehr oder weniger zweckmäßig ausgeführte und angeschlossene Kabel für eine hoffentlich gute Verbindung. Doch wo liegen die Grenzen und wie sieht eine optimale Verkabelung aus?

Natürlich wird diese Frage erst ab Leistungsaufnahmen oberhalb von 200 Watt pro Grafikkarte so richtig interessant. Und auch hier erinnern wir uns wieder an die Diskussionen um die zwei 8-Pin-Anschlüsse der R9 295X2, die ja weitab jeglicher Normen liegen. Aber sind diese Normen wirklich so eng gefasst, dass ein Überschreiten gleich zum Gefahrenherd wird?

AWG was?

Spätestens seit AMDs Radeon R9 295X2 ist der Begriff AWG ja in aller Munde. Doch was verbirgt sich dahinter? Sepp Moser erfand am Rosenmontag des Jahres 1857 rein zufällig in München die Weißwurst, im gleichen Jahre explodiert der Pulverturm in der Festung Mainz - und die AWG wird Nordamerika ins Leben gerufen.

AWG steht für American Wire Gauge und ist eine Kodierung für Drahtdurchmesser. Auch wenn diese Norm überwiegend in Nordamerika verwandt wird, unflexibel ist und ewig nicht angepasst wurde - es ist nun mal eine Art Quasi-Standard, an dem man bei solchen Kabeln kaum vorbei kommt. Für die ganz Neugierigen und Selberrechner noch einmal schnell die Tabelle mit den jeweiligen AWG-Standards, die bei Netzteilen für uns relevant sind:

AWG-NummerDurchmesser (Ø) in mmQuerschnitt in mm2Äquivalent mm²
(metrisch)
161,291,3051,5
181,020,790,75
200,810,510,5

Ergibt AWG 20 überhaupt einen Sinn?

Beginnen wir mit den dünnsten Leitungen. Wenn die Raumtemperatur beispielsweise 25 °C beträgt und man bei durchschnittlichen Kabellängen von 55 cm mit maximal 50 °C Kabeltemperatur leben wollte, dann wären selbst bei den dünneren AWG-20-Kabeln noch ca. 10 Ampère pro Leitung machbar. Das ergäbe bei drei zuführenden Leitungen immehrin 360 Watt, was sogar für einen 8-poligen Anschluss reichen könnte.

Nur liegen der Teufel immer im Detail und bereits diese Temperatur ist eindeutig zu hoch. Deshalb sollte man AWG-20-Kabel beim PCI-Express-Anschluss nur für Leistungen bis circa 150 Watt in Betracht ziehen. Ein einzelnes 6-Pin- oder 8-Pin-Kabel für die Stromversorgung einer Grafikkarte ginge also völlig in Ordnung.

AWG 18: Eins für alles

Theoretisch könnte man mit AWG 18 bereits alles abdecken, was an Verkabelungen zwischen Netzteil und Grafikkarte notwenig ist. Deshalb ist  diese Größe auch die meistverwendete. Ein probeweise an die R9 295X2 angeschlossenes, einzelnes AWG-18-Kabel eines Markennetzteils mit zwei 8-Pin-Steckern hat diesen Test mit Bravour absolviert.

Hier muss man am Ende nur auf die genaue Ausführung achten, denn es gibt zwischen den Netzteilherstellern und deren Modellen größere Unterschiede und leider auch unzweckmäßige Lösungen, wie wir gleich sehen werden. Außerdem tricksen manche Billigstanbieter auch mit besonders dicken Isolierungen, die dann die dicken Leitungen nur vorspiegeln - man kann also auch reinfallen.

AWG 16: Die Königsklasse

Nur wenige Netzteile bieten AWG 16, weil hierbei auch der finanzielle Einsatz des Anbieters am höchsten ist. Zwingend notwendig ist die Verwendung von AWG-16-Kabel nicht, aber es senkt in High-End-Systemen die Kabeltemperaturen deutlich und hilft auch, die Effizienz zu erhöhen. Allerdings lohnt AWG 16 nur dann, wenn wirklich hohe Ströme fließen sollen. Wer Wert auf Optik legt und sich bei Grafikkarten mit zwei Stromanschlüssen das zweite Kabel sparen möchte, ist mit AWG 16 natürlich immer noch auf der Sonnenseite.

Was so alles schief gehen kann

Betrachten wir einmal das 2x 8-Pin-Kabel eines nicht mehr erhältlichen Netzteils, welches ja laut ATX-Spezifikation mit 300 Watt (2x 150 Watt) belastbar sein sollte:

Die zwei zuätzlichen Masseleitungen holt man jedoch hier aus dem Stecker selbst und auch der zweite Stecker ist nur eine Art Verlängerung, nutzt also keine eigenen Leitungen. Somit besteht dieses Anschlusskabel nur aus jeweils drei Leitungen für 12 Volt und Masse. Theoretisch schafft man es zwar beim Leitungsquerschnitt, der dafür reichen sollte, jedoch sind die lediglich zusammengedrillten Doppelkabel in den Steckern bereits ein fieser Fehlerteufel.

Noch interessanter wird bei diesem Kabel der Anschluss am Netzteil selbst, denn hier mündet ja alles in einen einzigen 6-Pin-Stecker. Obwohl das Netzteil diesen Anschluß im Datenbatt mit 20 Ampère (240 Watt) ausweist (und darüber hinaus auch brav abschaltet), suggerieren die zwei 8-Pin-Anschlüsse 300 Watt. Dies kann schon auf Grund der OCP des Multi-Rail-Netzteils gar nicht funktionieren. Voll der Blender.

Von solchen Netzteilen und Kabeln sollte man also besser Abstand nehmen und die hier gezeigte Fehlleistung sieht man in vielen Variationen immer wieder.

Gute und bessere Lösungen

Normalerweise sollten diese kombinierten Kabel mindestens einen soliden 8-Pin-Stecker am Netzteil besitzen. Ein gutes Beispiel zeigt die nachfolgende Abbildung, bei der man aber aus optischen Gründen auf komplett schwarze Leitungen gesetzt hat (was für den Endkunden nicht von Belang ist, aber schon beim Hersteller mangels Übersichtlichkeit zu höheren Ausschussraten führt):

Der Idealzustand wären eigentlich getrennte Kabel, also für jeden PCI-Express-Anschluss jeweils ein eigenes, separates Kabel. Damit umgeht man ziemlich elegant auch alle Ärgernisse, die bei so hohen Stromstärken und schnellen Lastwechseln auftreten können. In die gleiche Kategorie fallen dann auch kombinierte AWG-16-Kabel mit 2x 8-Pin und mindestens 8-poligen Netzteilsteckern, die sehr gut zu gebrauchen sind.

Und wenn das Kabel doch warm wird?

Dann hat der Hersteller ein wenig geschummelt und spielt mit verunreinigtem Kupfer sowie der Sicherheit der Kunden. Das meiste Kupfer für solche Kabel kommt aus recycelten Rohstoffen, was an sich erst einmal nichts Schlechtes ist - im Gegenteil.

Interne Test bei Netzteilanbietern haben aber ergeben, dass es bei so manchen Preisdrückern zum Teil auch ganz gern mal Legierungen verwendet werden, die einen gewissen Aluminium-, Magnesium- oder Zink-Anteil besitzen.

Die Litzen sind dann zum Teil sehr spröde und die Kabel nicht besonders flexibel. In solchen Fällen reicht dann auch die eigentlich vorhandene Sicherheitsreserve von AWG 20 nicht mehr aus und es wird zum reinen Glücksspiel.

Bitte nicht mehr nutzen: Adapter-Murks

Auch wenn die Grafikkartenhersteller immer wieder solch unsägliche Adapter beilegen - ihre Verwendung ist im Zeitalter moderner Grafikkarten mit Boost oder Power Tune einfach nicht mehr zeitgemäß, zumal gute und ausreichende Netzteile auch günstig zu erwerben sind.

Im Gegenteil lassen nämlich die Netzteilanbieter meist immer dann das zweite oder dritte PCI-Express-Kabel weg, wenn das Netzteil von Haus aus damit leistungsmäßig nicht klar käme. Fehlende Anschlüsse sind also immer auch ein direkter Warnhinweis auf mangelndes Leistungsvermögen, selbst wenn auf dem Label eine tolle Leistungsangabe steht!

Solche Doppeladapter sind Unfug, da am Ende alles doch nur auf eine einzige 12-Volt-Quelle hinausläuft. Was das Netzteil nicht kann, sollte man auch nicht hintenherum erzwingen. Einzige Ausnahme sind Systembuilder-Netzteile aus OEM-Rechnern, wo die Leistung theoretisch da wäre, der Assembler beim Originalgerät aber gespart hat. Hier muss jedoch eine gründliche Überprüfung der Umstände erfolgen, bevor so etwas noch eingesetzt wird.

Erstelle einen neuen Thread im Artikel-Forum über dieses Thema
Dieser Thread ist für Kommentare geschlossen
31 Kommentare
Im Forum kommentieren
    Dein Kommentar
  • Tesetilaro
    vielen vielen Dank, etwas das ich schon lange vermutet hatte, wurde endliche "bewiesen" - es kann durchaus das Mainboard sein, was hier abschaltet.

    Wir sind an dem Punkt angekommen wo klar wird, man kann einfach einen selbstgebauten Rechner nicht nur nach den Komponentenpreise zusammenstellen, sondern sollte sehr genau schaun welche Qualität dahinter steckt.

    Eine Mammutaufgabe für den Nutzer, was für mich persönlich zum Urteil führt:
    1. Netzteil - nur noch aus TH tests - und dort das mit den glattesten Ripple Kurven!
    2. Mainboard - auch hier nur noch gut getestet (im Hinblick auf guten Energiehaushalt)
    3. Graka ausschließlich noch von euren Tests...

    Das ganze dann mit einer passenden CPU (in Sachen Leistung) und einem RAM von der QVL garnieren, mit einem wertigen Gehäuse und ausreichend Belüftung verzieren und fertig ist der gemischte Salat ähm, Rechner *g*
    0
  • Big-K
    Das war ja mal sehr interessant. Aber für den Endkunden gestaltet es sich schwirig die Kondensator Bestückung vor dem kauf zu klären. Und die Einzelhändler werden da auch wenig weiterhefen können.
    Auch die rippel noise werte der un oder ohmsch belasteten nt werden wenig darüber aussagen wie es sich verhält wenn die graka kurzzeitig hohe Last fordert.
    Von da her bleibt trotz aller Theorie wohl trotzdem nur der Praxistest am besten mit einer oder zwei 295.
    Und gerade der fehlte z.b. gestern beim nt test mal wieder. Gut ich hab keine x2 sondern zwei 290. aber kann ich die gestern getesteten Netzteile verwenden? Was nutzt das ganze Fachwissen und die teure Ausrüstung wenn man sie nicht nutzt.
    Ich will mich nicht beschweren das soll nur konstruktive Kritik sein ;-)

    ps. Das E10 video war nur drin um MICH zu ärgern? *egozentrisch*
    Ne aber würde mich freuen wenn dazu ein test käme sobald freigegeben
    0
  • Diluvian
    Wow, interessanter Artikel, vielen Dank.
    0
  • quixx
    Früher war es üblich, bei Stromspitzen keramische Kondensatoren den Elkos beizustellen. Keramische haben eine viel niedrigere ESR. Damit bot man den Spitzen gut Paroli. Ab hundert Megahertz sogar nur 10nF (noch lower). Das ist wohl aus der Mode gekommen.
    0
  • Michalito
    Hoffe dieser Artikel wird vor allem von den Kollegen der anderen Redaktionen auch gelesen, damit die Wissen wo der Hammer hängt..;-)

    Danke Igor

    P.S. Bin ebenso wie Big K dafür das der Herr Afschar seine NT's mal mit dem Labor mal so richtig auf den Zahn fühlt. Oder scheitert das aufgrund von raümlicher Distanz?
    0
  • miki4
    Lange nicht einen derart geilen Artikel gelesen. Wahrlich ein Genuss.

    Vielen Dank!
    0
  • Mahlzeit
    mal rein interessehalber eine frage zu dem wasser in den kondensatoren. unpassiviertes aluminium würde so oder so mit wasser reagieren. deltaE^0 ist mit 0,852 V deutlich positiv soll heißen man hätte innerhalb kürzester zeit Al(OH)3 (sollte eigentlich nach unten gestellt sein steht im artikel aber hochgestellt) und wasserstoff. hab ich auch selbst schon eindrucksvoll beobachten können. amalgamiertes aluminium verabschiedet sich recht zügig. eine schicht Al2O3 bildet sich ja schon bei normaler alu-folie mit dem luftsauerstoff. ich schätze mal was gemeint ist, ist die allmähliche zersetzung der Al2O3 schicht. ich vermute mal durch Cl^-. würde das nur gerne genauer wissen.
    was ich mich irgendwie auch gefragt habe wenn die kondensatoren aufplatzen und dann zufälligerweise ein funke (durch einen kurzschluss z.B.) entsteht, könnte es da zu einer kleinen knallgasexplosion kommen oder ist die menge an wasserstoff die da so entsteht zu gering?
    0
  • alterSack66
    Ist halt echt schwierig für den Kunden. Da kaufst dir ein 200 Euro Netzteil und dann Satz mit X. Am Mainboard sollte man sowieso nicht so arg sparen find ich.
    0
  • FormatC
    @Mahzeit:
    Unser wertvolles CMS stellt leider alles hoch, da habe ich keinen Einfluss auf die Formtierung beim Importieren :( Normalerweise gehen die Caps ja an den Sollbruchstellen auf, da ist es nur ein leichtes pffff, beim Platzen jedoch ist die Gasmenge zu klein, um irgendiwe von Belang sein zu können. Es sei denn, es ist der fette Primärcap. Aber da habe ich auch noch nichts von gehört...
    0
  • FormatC
    Anonymous sagte:
    Früher war es üblich, bei Stromspitzen keramische Kondensatoren den Elkos beizustellen. Keramische haben eine viel niedrigere ESR. Damit bot man den Spitzen gut Paroli. Ab hundert Megahertz sogar nur 10nF (noch lower). Das ist wohl aus der Mode gekommen.


    Deshalb bauen ja ainige wieder parallel Solids ein. Bei 100 KHz reichen ja auch wenige Microfarad
    0
  • X-Ray
    Ein wirklich wahnsinnig guter Artikel. Allerdings wie die anderen schon bemerkt haben ist das für den Endnutzer sehr schwierig selber herauszufinden. Mein Vorschlag wäre: Wieso baut ihr nicht auch mal PCs verschiedener Leistungsklassen auf die dann von Händlern verkauft werden? So wie eure Kollegen der PCGH. Praktisch eine THDE Edition ;) da könnten dann eure Messergebnisse und eure ganze Erfahrung in ein Produkt einfließen!
    0
  • FormatC
    Ist in Arbeit. Aber es ist schwer, Händler zu finden, die nicht den eigenen Abverkauf unnützer Teile in den Vordergrund stellen ;)
    0
  • X-Ray
    Sehr gut:D bei mir steht langsam ein neuer PC an:D aber ich kann noch warten bis eure da sind.
    0
  • Niclas Kraus
    Wirklich guter Artikel, allerdings wohl nicht nur für mich zu viel Fachchinesisch, auch wenn sicherlich schon viel gekürtzt wurde :)
    Ich würde mich in Zukunft über viele, sehr ausführliche Netzteil-Tests freuen, denn so detailiert und tiefgehend wird selten eine Problematik behandelt. Auch wär eine Version des Artikels für Laien interessant :D
    0
  • doofeOhren
    Vielen Dank lieber Igor
    für diesen fundierten, fachlich und inhaltlich hervorragend geschriebenen Artikel. Es ist wertfreie und ohne eine "Hersteller Brille" erstellt. Journalistische Arbeit wie sie sein soll. (Wobei da auch mehr der Ingenieur raus kommt)
    Da kann man gerne und guten gewissens als Quelle drauf verweisen.
    Leider ist die Qualität der Fachbeiträge nicht überall gleich hoch, es werde Fotos von Platinen und Elkos gelistet das sich der halb technisch interessierte damit vor seinen Kumpels rühmen kann sich ist der informationswert gegen Null. Egal ob das ist Hardware zeitschriften ist oder in anderen Computerforen. viele haben gefährliches Halbwissen und verbreiten dann in der Beratung ahnungslos er user viele abstruse Meinungen.
    Danke für alles und ich freue mich auf mehr Artikeln in dieser Qualität.
    0
  • Hellsfoul
    Guter Artikel, sehr informativ!

    Ich frage mich aber, warum man die Lastspitzen nicht gleich auf dem Board der Grafikkarte abfängt. So sollte es doch eigentlich sein?! Warum muss sich dann das Netzteil um die ganzen Lastspitzen kümmern. Ich sehe es eher so, dass die Grafikkartenhersteller wieder mal sparen und damit die Stabilität des Systems aufs Spiel setzen.
    Man kann ja davon ausgehen, dass auch die CPU solche Lastspitzen hat. Wenn ich aber auf mein Mainboard schaue, dann sehe ich da viele Kondensatoren, die das hoffentlich abfangen. Wenn man bedenkt, dass die CPUs nur eine Verlustleistung von meist 100W haben, sind das sogar sehr viele.
    0
  • Tesetilaro
    das mainboad ist aber auch nen ticken komplexer als so ne graka, was die Stromversorgung angeht,

    es müssen ja neben der CPU noch dutzende andere (potentielle) verbraucher mit gesteuert und versorgt werden,
    erschwerend muß das mit 3,3 und 5 und 12 volt passieren, das sind zum einen die ganzen onboard chips, NB, SB,
    USB-Host, Soundchip, etc. pp, dann bekommen ja die anderen PCIe karten ihren saft von da, neben der graka, dann
    natürlich die peripherie und jeder hat seine lastspitzen und besonderheiten..

    Ich gebe dir Trotzdem recht, was die Hersteller der Graphikkarten da treiben ist, zumindest aus meiner Sicht, eine
    Frechheit und zwar zu lasten der Nutzer, die auch noch immer wieder brav die neusten Karten kaufen :-(
    0
  • FormatC
    Das größte Problem bei Grafikkarten ist ja der Kühler, der leider wenig Platz für mehr und größere Caps lässt. Wobei die Spikes von Hersteller zu Hersteller durchaus schwanken könne, es gibt auch bessere Beschaltungen, die da schon Abhilfe schaffen. Meist sind das aber dann auch die teureren Karten, so dass der Geiz hier sofort bestraft wird. Der Kunde möchte es ja immer so billig wie möglich
    0
  • Anonymous
    Wirklich gut, dass dieses Thema in diesem Ausmaß aufgegriffen wird.

    Ich hoffe du fühlst in Zukunft möglichst oft den Platinenlayouts von AMD, Nvidia und deren Boardpartnern auf den Zahn.

    An der Stelle ist es aber verdammt schade, dass du dich nicht mehr den Netzteilen widmen möchtest, wo du doch jetzt Messen kannst, was andere nicht können. Die R9 290X oder R9 295X (je nach Wattklasse) als Standardtestparcour wäre traumhaft, man sieht ja sehr gut, wie schief das gehen kann.

    Bitte mehr von solchen Tests, gerne auch komplexer.
    0
  • Maxxo
    Ein sehr hilfreicher und informativer Artikel, vielen Dank dafür!
    Aber nun mal eine "blöde Frage": wenn man so ein aufwändiges Equipment braucht um den eigentlichen Verbrauch zu messen, schafft das dann auch mein Stromzähler überhaupt noch oder misst der gemütlich und träge die ganzen Peaks sozusagen als Durchschnittswert?

    Unabhängig davon ob er exakt misst oder nicht (was ich nicht hoffe), könnte man bei euren Tests nicht zusätzlich noch einen Stromzähler dranhängen um wirklich schwarz auf weiß zu sehen wie sich die Effizienz usw. auf den Geldbeutel auswirkt? Z.B. im Durchschnitt oder gerne auch mit einem von euch vorgegebenem Strompreis als Richtwert.
    Das wäre natürlich bei sämtlichen Komponenten eine zusätzliche, nützliche Info, nicht nur bei Netzteilen und Grafikkarten.

    Mir ist natürlich klar, dass mein eigenes System auf jeden Fall einen anderen Verbrauch haben wird als euer Testsystem, aber schon alleine die Vergleichbarkeit innerhalb von THG wäre ausreichend.
    0