O que acontece quando o hardware tenta extrair mais energia do que a fonte de alimentação pode fornecer?

Question

Tanto quanto eu entendo, os computadores nem sempre extraem a mesma quantidade de energia da fonte o tempo todo. Há momentos em que os discos rígidos estão em espera e não usam tanto quanto quando estão girando e as placas gráficas economizam energia quando não são totalmente utilizadas.

O que acontece quando, por exemplo, você tem 100 discos rígidos instalados em uma torre de desktop (ou um rack de servidor) com, digamos, PSU de 1000 watts, e todos estão em espera e, de repente, algum processo acessa todos os discos rígidos e os gira, consumindo mais energia do que a PSU pode oferecer?

Existe algum sinal de que os discos rígidos são enviados quando eles acham que não estão recebendo energia suficiente? Ou cada peça de hardware individual pergunta ao PSU se ele pode fornecer X watts de energia, e pode dizer "não, eu não tenho isso disponível"? A placa-mãe decide se pode negociar essa solicitação de energia e evitar com segurança a perda repentina de energia e o desligamento instantâneo? Ou o protocolo padrão neste caso é cair morto sem tentar evitar este problema?

Da minha experiência com meu desktop e alguns discos rígidos e um PSU de 350W de baixa potência, ele seria desligado instantaneamente se 5 discos rígidos estivessem todos tentando girar ao mesmo tempo. Nada de ruim aconteceu, felizmente, mas eu gostaria de saber se o desligamento instantâneo é uma reação esperada e planejada de peças de hardware, ou apenas a placa-mãe (ou PSU) pirando e desativando tudo inesperadamente.

Para esclarecer minha dúvida : O que me interessa é por que o resultado comum é o desligamento do sistema em vez de uma negação de energia segura ao dispositivo, o que sobrecarregaria o sistema? O gerenciamento de energia do USB protege contra esse cenário, então por que a lógica de gerenciamento do cabo de alimentação SATA / Molex não tem isso (ou se, por que tão comumente falha)?

Atualize depois de ver algumas respostas: Estou realmente surpreso com a falta de algum tipo de lógica de gerenciamento de energia embutida nas PSUs, como as placas-mãe, para gerenciar a distribuição de energia por USB. Isso é o que eu recebi das respostas até agora. Se você souber algo que diga o contrário, compartilhe como resposta.

    

Answer 1

Do ponto de vista da eletrônica, uma vez que a corrente consumida de uma fonte excede a capacidade de fornecimento, a tensão de saída cairá repentinamente. A eletrônica que requer uma voltagem específica para funcionar simplesmente se desligará. Esta é efetivamente uma queda de energia.

No melhor dos casos, a fonte de alimentação detecta esta condição de sobrecarga e se mantém fora por algum período de tempo ou testes para verificar se a carga ainda está lá de forma segura, mantendo a saída de energia desligada até que a carga desapareça.

No pior dos casos, a fonte de alimentação entra em ciclos constantes de ativação e desativação e potencialmente se mata ou um ou mais dispositivos conectados.

Não há previsão de dispositivos para "solicitar" mais energia de uma fonte de alimentação, exceto em dispositivos inteligentes como o USB, onde a disponibilidade de energia era uma preocupação, para começar. Uma fonte de alimentação do sistema não tem absolutamente nenhuma eletrônica inteligente.

    

Answer 2

A fonte de alimentação detecta uma condição de sobrecarga e desliga. Não há disposição para negociar requisitos de energia.

    

Answer 3

Nothing bad happened, fortunately, but I'd like to know if instant shutdown is an expected and planned reaction of hardware pieces, or just the motherboard (or PSU) freaking out and disabling everything unexpectedly.

São os dois. É o PSU surtando, que é a reação esperada e planejada de peças de hardware. Uma vez no modo "desligamento de segurança", você precisa desconectar a PSU por alguns segundos ou redefinir um interruptor de disparo que normalmente está na parte traseira ¹ . PSUs muito baratas podem não desarmar e simplesmente deixar o equipamento com defeito devido à corrente insuficiente.

Pior ainda, eles podem entrar em um ciclo "spin-up, brown-out, desligamento, energização, spin-up, brown-out ..." que ocasionalmente mesmo auto -solves e vai para uma inicialização adequada. O que está acontecendo aqui é que a PSU não está em funcionamento e o equipamento está sujeito a desgaste não planejado. Nesse caso, eu aconselharia a substituição do PSU completamente. Faz pouco sentido percorrer aros para acomodar o que é uma fonte de alimentação mal-comportada para começar. E enquanto você substitui o PSU, obtenha um mais poderoso, o que resolve o problema inicial.

Discos rígidos

No entanto, os discos rígidos são um caso especial, já que eles são conhecidos por terem requisitos de rotação muito maiores. Portanto, alguns discos rígidos (e placas-mãe) têm provisões para lidar com isso atrasando o lançamento, usando jumpers que atrasam o aumento por um período fixo de tempo ou suportando PUIS (também aqui ) ou um aumento escalonado através da sinalização do backplane. Soluções sem jumper requerem uma placa-mãe adequada, que é capaz de enviar o sinal apropriado para o disco rígido (pino 11 da interface SATA, implementado pela WD e outros). O software é deixado para o usuário ou, às vezes, implementado no BIOS.

Atualizações

To clarify my question: What I'm interested in is why the common result is system shutdown instead of a safe denial of power to the device which would overload the system? USB power management protects against such a scenario [...] I'm really surprised there isn't some sort of power management logic built into PSUs like motherboards have for managing USB power distribution.

USB é um padrão comunicação entre dispositivos que são mais "inteligentes" do que o necessário em seu disco rígido médio (garantido, a capacidade de computação em um disco rígido não é desprezível - alguns deles pode executar o Linux ).

Mas os problemas aqui são muitos:

• o PSU não pode ter certeza sobre quem está drenando a corrente. Uma linha de energia pode se conectar a até quatro conectores Molex e as linhas de 12V / 5V não são projetadas para transportar informações. Isso poderia ser feito, mas seria necessário essencialmente reestruturar tanto o PSU quanto o hardware todo que provavelmente precisariam desse recurso.
• negar energia a um dispositivo pode anular o propósito de inicializar todo o sistema. Ou levar a resultados potencialmente desastrosos. Pense no que aconteceria se uma unidade RAID inicializasse um (ou dois!) Disco curto devido a ter sido "corrente negada".
• se o requisito de corrente extrema resultou de uma falha de hardware, todo o sistema está com falha e, portanto, a política atual de desligar tudo é, aos meus olhos, a linha de conduta mais segura. Tenha em mente que sistemas grandes, muito importantes para falhas, serão construídos de forma diferente e com enormes redundâncias, portanto, em esses cenários, um desligamento limitado também é a melhor resposta, e pode nem acontecer porque a unidade com falha não está exigindo mais corrente, mas simplesmente não inicia de todo (proteção do circuito e quebra direta em todas as partes energizadas. Nos antigos sistemas IBM AS / 400 de ponta, você poderia causar curto-circuito na unidade e o sistema continuaria funcionando < em> enquanto um compartimento de unidade estava pegando fogo e fumaça - eu vi isso acontecer. A unidade foi logicamente e eletricamente desconectada do backplane, mas isso não impediu que ela continuasse queimando, é claro; com dinheiro suficiente mesmo que possa ser evitado ).
• na mão emocionante, é economicamente insalubre - uma PSU tão inteligente custaria muito mais do que um PSU mais robusto, mais robusto , que seria mais simples de construir e provavelmente duraria mais tempo e resolveria o mesmo problema igualmente bem (na verdade, tendo mais corrente à sua disposição e trabalhando mais longe da capacidade total, resolveria esse problema específico melhor ).

(1) Eu me lembro de uma mini área de trabalho da Hewlett Packard que tinha no dentro , ao lado das tiras de cabos. Ele também tinha uma luz verde "ligada" no lado de dentro. Eu imagino que estes são especialmente construídos PSUs para algum arranjo específico, que, em seguida, são empregados em outro lugar. Desconectar da tomada deve ser o suficiente para reinicializar a PSU, mas se não for, antes de dar a morte, tente verificar o lado interno. Você nunca sabe.

    

Answer 4

No caso específico de algo eletromecânico, como um disco rígido, o consumo de energia do dispositivo normalmente será mais alto durante a inicialização e, em seguida, cairá após o dispositivo estar em estado estacionário. Por esse motivo, boas placas RAID (por exemplo) terão uma configuração para escalonar o ciclo de todas as unidades conectadas, para que a carga de inicialização não seja colocada na fonte de alimentação de uma vez.

Outro cenário que pode acontecer é que, se você estiver perto dos limites de energia da fonte de alimentação e não estiver realmente acabado, a fonte de alimentação pode não ser desligada. Em vez disso, como outras respostas disseram, a voltagem cairá. O resultado final pode ser aparentemente falhas aleatórias no sistema (como um BSOD no Windows). Parte disso depende da qualidade da fonte de alimentação. Fontes de alimentação de alta qualidade lidarão com o fato de serem empurradas para mais perto de seus limites do que suas contrapartes mais baratas e de menor qualidade.

    

Answer 5

Eu experimentei isso há mais de uma década.

Nessa altura, o meu HDD estava quase cheio, por isso tive de ligar outro HD de 80 GB. Depois de arrancar, tudo parecia bem.

Mas depois de alguns dias, o sistema desligou ou a tela brilhou esporadicamente. Depois de cada flash o sistema voltou normalmente, mas no explorador a unidade C desapareceu ou alguma outra coisa estranha aconteceu. Erro acontece, caixas de mensagem apareceu ... Mas o mais estranho é que o meu disco rígido principal aparece agora como mais de 1TB em diskmgmt.msc e outras ferramentas de particionamento de disco.

Não consegui descobrir o motivo, mas decidi substituir a fonte de alimentação quando vi um anúncio da famosa loja de computadores perto da minha casa para trocar teclados / mouses / fontes de alimentação antigos por novos. Levei a nova fonte de alimentação para casa e chorei ao perceber que o conector de 24 pinos não cabia na minha placa-mãe de 20 pinos. Após uma hora, observei que os 4 pinos extras podem ser retirados para torná-lo compatível com 20 pinos. Desde então, nada mais estranho aconteceu e o PC correu feliz para sempre.

É apenas que a antiga fonte de alimentação é marginalmente suficiente para as coisas antigas mais o novo HDD em casos normais. Mas, em algumas situações, o requisito de energia aumenta significativamente e sobrecarrega a fonte, fazendo com que a queda de tensão e a queda de energia ocorram. Comportamentos indefinidos acontecerão, como a perda de dados, o HDD desconectado ou não reconhecido ...

Isso me custou dezenas de GB de dados e me ensinou uma nova lição.

Fim da história

Agora, sobre o fenômeno:

Normalmente, uma fonte de alimentação fornecerá uma tensão (quase) constante dentro de sua faixa de potência de trabalho. Se um dispositivo consome mais energia, a voltagem cairá um pouco e tentará aumentar a potência para equilibrar a carga e aumentar a voltagem para o valor normal.

No entanto, uma vez que a potência aumenta acima de sua capacidade, a situação não pode ser recuperada, a voltagem cairá para sempre e nunca mais voltará. Se a queda de tensão estiver na faixa permitida dos dispositivos (como 12V a 11,5V), ela ainda funcionará. Se cair muito baixo, obviamente todo o sistema estará inativo porque os chips não funcionam mais com essa voltagem.

Talvez uma fonte de alimentação inteligente possa simplesmente fechar um dispositivo que cause a situação de sobrecarga, mas isso é muito complexo e requer saídas separadas para diferentes dispositivos e medição constante de seu uso de energia. Como cerca de vários dispositivos aumentam a potência ao mesmo tempo? Qual você decidirá desligar? Se essa é a CPU ou a RAM, você vai desligá-los?

Não há como evitá-lo, exceto não ligar esse dispositivo ou exigir que o dispositivo gerencie sua própria energia. Isso pode ser visto no padrão USB. Os dispositivos USB sempre começam com o requisito mínimo de energia (carga de 1 unidade). Uma vez conectado, ele negociará com o host para dar mais poder a ele. Se a solicitação for aprovada, ela alimentará as outras partes necessárias (como o HDD no gabinete). Você também pode ver que em antigos gabinetes de disco rígido USB que requerem 2 portas USB, se você conectar apenas o cabo principal, ele se recusará a iniciar, porque ele vê que não há energia suficiente.

    

Answer 6

Quando o sistema começar a chamar mais corrente para a qual a PSU é classificada, um ou mais dos seguintes eventos ocorrerão em ordem de probabilidade:

1. O firmware do sistema detectará uma falha de energia e interromperá o processador e / ou tentará desligar a fonte de alimentação. Uma condição de falha de energia pode ser detectada de várias maneiras. Nenhuma dessas formas envolve qualquer tipo de comunicação digital com a fonte de alimentação. Algumas placas-mães possuem chips de monitoramento sofisticados, outras possuem circuitos básicos para isso.

2. Quase todas (ainda mais baratas) as PSUs possuem um circuito de proteção contra sobrecorrente. Uma vez que o limite de corrente é excedido por um certo período de tempo (geralmente menos que um milissegundo), o PSU simplesmente se desligará completamente. Isso exigirá que seja desconectado da rede elétrica (plugue de puxar ou interruptor inversor) e reconectado antes de voltar a operar.

3. O consumo atual sobrecarregará o trilho de força de onde ele estiver sendo retirado e a tensão começará a cair para aumentar a corrente fornecida. Os reguladores de energia da placa-mãe não fornecerão mais voltagens adequadas para a CPU e / ou outros componentes. A placa-mãe, a CPU ou a memória não funcionarão e o sistema parará ou desligará completamente.

4. A fonte de alimentação absorverá muita corrente, fazendo com que os componentes se aqueçam e queimem. Isso só aconteceria na ausência ou falha das coisas listadas acima, junto com outras proteções que estão em vigor para evitar tal situação.

Se você quiser saber sobre os detalhes elétricos das várias coisas que escuta, você deve perguntar EE .

    

Answer 7

No caso do PC, há mais um fator em ação: a fonte de alimentação está enviando um sinal de energia boa. Durante a inicialização, ele tem um determinado período de tempo para estabelecer isso (como é óbvio, no momento exato da inicialização, a energia não será boa).

Isso funciona como um interruptor inoperante para o computador; se o sinal for desligado, a máquina será desligada imediatamente (como aconteceria se você mantivesse o botão liga / desliga), pois isso é considerado menos destrutivo do que a operação potencialmente escamosa dos componentes eletrônicos. operações.

Há muito tempo, os computadores não tinham esse tipo de proteção, e é por isso que o antigo conselho era remover seus disquetes da máquina antes de desligá-lo.

    

Answer 8

Depende do SMPS, sua qualidade e qual padrão EE está seguindo. Eu tive experiência semelhante há alguns anos, quando meus SMPS explodiram, eu estava na faculdade e tinha menos dinheiro, portanto, eu comprei um chinês SMPS. Ela costumava funcionar, mas assim que a temperatura da CPU costumava subir e os ventiladores da CPU costumavam funcionar, o sistema costumava começar a funcionar e às vezes eu também usava o Blue Screen. No começo eu não era capaz de descobrir que isso está acontecendo devido a SMPS, mas depois que eu temporariamente troquei o SMPS com o do meu amigo, meu sistema ficou OK, mas o novo SMPS foi queimado no sistema de meus amigos. O vendedor local me deu um mês warrenty, mas estava relutante em honrá-lo, mas finalmente ele me deu um SMPS usado, eu peguei, mas o sistema usado para reiniciar indefinidamente, o problema desta vez foi que o smps não foi capaz de fornecer o suficiente poder mesmo para iniciar o sistema. Mais tarde eu comprei um crosair SMPS e tudo correu bem depois disso. Mas quando minha placa-mãe explodiu, eu reutilizei os smps no meu projeto da faculdade para fazer um refrigerador usando um dispositivo peltier e lá notei que o crosair SMPS costumava desligar se eu curto-circuito na saída ou uso para colocar carga pesada nele, mas nunca explodiu enquanto os chineses nunca costumavam desligar, mas costumavam queimar sob carga.

    

Answer 9

Para responder à sua pergunta "Atualização", não há protocolo de negociação de energia porque não há nenhum caso de uso para isso. Imagine componentes de computador inteligentes que poderiam negociar energia. O que você esperaria que eles fizessem se não houvesse energia suficiente para eles? Parar?

O problema é que os maiores consumidores de energia em um sistema típico são essenciais para o seu funcionamento. Se você tem uma CPU, HDD, DRAM ou chip de vídeo que pára, o resultado aparente para o usuário final é o mesmo que um apagão: o sistema não funciona de forma alguma.

Por outro lado, esse sistema inteligente de gerenciamento de energia criaria vários problemas por conta própria. Versões de protocolos incompatíveis, dispositivos e PSUs fornecendo valores de energia imprecisos e problemas semelhantes resultariam em sistemas que se recusam a inicializar, caso contrário poderiam ter funcionado bem .

Na verdade, desde que você mencionou o gerenciamento de energia por USB, aqui está um fato interessante: praticamente nenhum dispositivo implementa as especificações de gerenciamento de energia USB ao pé da letra. Poucos dispositivos que fazem (Sony PSP vem à mente) são conhecidos por apenas trabalhar de forma confiável com carregadores originais e deixam uma impressão muito pior com os usuários finais em comparação com dispositivos semelhantes que ignoram essa parte da especificação USB.

    

Answer 10

A execução de uma PSU sobre a capacidade para curto e longo prazo pode ter todos os tipos de efeitos. Depende principalmente dos componentes envolvidos. A fonte de alimentação pode ser cortada (fusível, corte de temperatura), as peças podem derreter (ou envelhecer mais rápido) ou a energia se torna ruidosa, quedas de tensão (ou aumentos). O efeito que isso tem no sistema varia de desligamentos para (mais desagradáveis) erros de bit e cálculos falhos (e como resultado de dados corrompidos ou telas azuis).

    

Answer 11

eletricidade 101: o hardware puxará a energia necessária da fonte (independentemente de onde ela venha) se a fonte de alimentação não for capaz de suprir a demanda 3 coisas podem acontecer a) ela se queimará. b) continuará a fornecer sob imensa pressão até que A ou C ocorram c) a fonte de alimentação desligue a saída devido a proteções de sobrecarga internas.

A e B são muito prováveis em aplicativos de consumidor e C não é provável nesses aplicativos. C é provável em equipamentos de nível comercial (1000W + fontes de alimentação), mas A e B ainda acontecem muitas vezes em geral.

você pode imaginar a fonte de alimentação como uma torneira. há certa quantidade de pressão e volume disponível. na proporção, a torneira é conectada a uma represa com um regulador de pressão. O tamanho do tubo é tensão, isso é constante na tomada, os amplificadores são o que podem ser problemáticos, se não houver amplificadores suficientes, quando as coisas falham. É claro que, se não houver pressão suficiente na torneira, você terá "saídas marrons" do equipamento, mas como eu disse atrás de uma "barragem". Os discos rígidos não são muito propensos a que isso aconteça, mas ainda é possível, já que a maior parte da energia é consumida pela placa gráfica e pela CPU (geralmente), mas se você tiver uma grande matriz de disco, isso pode se tornar um problema.