NVIDIA GeForce RTX 5090 - źródłem problemów nie jest tylko złącze 12V-2x6. Sprawa jest bardziej skomplikowana

Niedawno w sieci zawrzało – pierwszy przypadek stopienia złącza 12V-2x6 w karcie graficznej NVIDIA GeForce RTX 5090 Founders Edition wywołał lawinę spekulacji. Der8auer postanowił zgłębić temat, a teraz w internecie za sprawą Actually Hardcore Overclocking pojawiło się szczegółowe omówienie przyczyn tego problemu. Niestety, ujawnione fakty stawiają rozwiązania techniczne producenta w wyjątkowo niekorzystnym świetle.

W sieci pojawiło się szczegółowe omówienie problemów ze złączem 12VHPWR i 12V-2x6 w kartach graficznych NVIDIA GeForce RTX 5090 i GeForce RTX 4090. Wydaje się, że istota problemu nie leży w samym wtyku, a w implementacji sekcji zasilania na PCB.

NVIDIA GeForce RTX 5090 - zdiagnozowano możliwą przyczynę stopienia się konektora 12V-2x6. Wnioski nie są optymistyczne

Niedawno w sieci pojawił się pierwszy przypadek stopienia złącza w karcie graficznej NVIDIA GeForce RTX 5090 Founders Edition, który skłonił Der8auera do bliższego przyjrzenia się sprawie. Niemiecki entuzjasta odkrył, że jego egzemplarz karty pobierał aż 24 A przez jedną parę przewodów w złączu 12V-2x16, podczas gdy pozostałe pary przewodziły jedynie 2 A. Taka dysproporcja w rozkładzie prądów powodowała znaczny wzrost temperatury zarówno na przewodach, jak i na samym złączu, co finalnie prowadziło do stopienia wtyków. Choć Der8auer nie wskazał jednoznacznej przyczyny problemu, temat ten dokładniej przeanalizował Actually Hardcore Overclocking, który wyjaśnił, że problem nie leży wyłącznie w samym złączu, ale również w jego implementacji na PCB.

PCB - NVIDIA GeForce RTX 3090 Ti Founders Edition

NVIDIA miała przygotowane prototypy kart GeForce RTX 4090 oraz GeForce RTX 5090 z kilkoma złączami 12VHPWR

W tym miejscu chciałbym ostrzec, że wyjaśnienie jest dość techniczne, ale postaram się je przedstawić w jak najprostszy sposób. Aby zrozumieć problem, należy cofnąć się do czasów konstrukcji kart graficznych z rodziny RTX 3000, gdzie modele Founders Edition posiadały złącza 12VHPWR, a niereferencyjne konstrukcje standardowe konektory 6- i 8-pin. Dla przykładu weźmy GeForce RTX 3090 Ti o mocy 450 W i wyposażonej w trzy złącza 8-pin. Każde złącze zapewniało trzy pary linii zasilających 12 V, co w sumie dawało dziewięć takich linii. W idealnej sytuacji każda z tych dziewięciu linii przewodziła równomiernie prąd, co dawało około 4 A na każdą linię. Rzeczywistość jednak rzadko bywa idealna, a różnice w obciążeniu poszczególnych linii są normą. Mimo to nie stanowiło aż tak dużego problemu – nawet przy utracie dwóch linii zasilających z jednego złącza 8-pin, jedna mogła nadal dostarczyć 12,5 A, co nie prowadziło do topnienia konektorów, choć zdrową sytuacją nie było i nie jest.

NVIDIA miała przygotowane prototypy kart GeForce RTX 4090 oraz GeForce RTX 5090 z kilkoma złączami 12VHPWR

W sytuacjach krytycznych, gdy złącze nie było podpięte lub brakowało styku na konektorze, karta graficzna albo się nie uruchamiała, albo ograniczała swoją moc. Działo się tak za sprawą kontrolera zasilania, który wykrywał brak zasilania na jednej z trzech wydzielonych sekcji z rezystorami bocznikowymi o niskiej rezystancji, wynoszącej 2 mili Om. Warto dodać, że te rezystory odgrywają kluczową rolę – niejako wymuszają przepływ prądu przez określone obwody, co umożliwia monitorowanie i rozkład prądu w całej konstrukcji zasilania. Pomimo wprowadzenia złącza 12VHPWR, implementacja sekcji zasilania w kartach RTX 3090 Ti Founders Edition pozostała w dużej mierze niezmieniona. Złącze było podzielone na trzy sekcje odpowiadające poszczególnym rezystorom bocznikowym, co pozwalało na bardziej precyzyjne zarządzanie zasilaniem. W sytuacji, gdy połowa linii zasilania przestawała działać, przez pojedynczą linię mogło być dostarczane nawet 200 W (choć w przypadku GeForce RTX 3090 Ti było to maksymalnie 150 W). Taka sytuacja, choć niezdrowa dla układu, nie prowadziła do uszkodzeń.

NVIDIA GeForce RTX 5090D - pojawiły się pierwsze przypadki awarii kart po zainstalowaniu nowych sterowników

W przypadku, gdy działała tylko jedna sekcja zasilająca, karta się nie uruchamiała. Natomiast jeśli przez jedną z sekcji zacząłby płynąć zbyt duży prąd, kontroler zasilania potrafił wykryć to na podstawie obwodów z rezystorami bocznikowymi. Dzięki temu mógł zbalansować obciążenie, przełączając niektóre moduły VRM (Voltage Regulator Module) na inne sekcje. Rozwiązanie to skutecznie zapobiegało krytycznym uszkodzeniom, ale nie eliminowało problemu całkowicie. Wciąż mogły występować dysproporcje w rozkładzie prądu w obrębie pojedynczej sekcji 12VHPWR. Tego rodzaju nierównowaga jest wynikiem podstawowej zasady działania prądu elektrycznego, który zawsze wybiera obwód o najniższym oporze (rezystancji). Jednak dysproporcje te były na tyle niewielkie, że nie powodowały fizycznych uszkodzeń konektorów i były niejako w normie.

PCB - NVIDIA GeForce RTX 4090 Founders Edition

NVIDIA GeForce RTX 4090 schłodzony klimatyzacją osiąga bardzo niskie temperatury. Nie, to nie Prima Aprilis...

Sytuacja zmieniła się diametralnie w kartach graficznych GeForce RTX 4090, gdzie konstrukcja zasilania za złączem 12VHPWR została uproszczona. Wszystkie linie zasilające są fizycznie połączone tuż za konektorem, a dopiero od tego miejsca prąd trafia równolegle przez dwa rezystory bocznikowe do sekcji VRM. Taka zmiana oznacza, że kontroler zasilania nie rozróżnia już trzech osobnych sekcji zasilania, jak miało to miejsce w przypadku poprzednich kart graficznych, lecz "widzi" całość jako jedną dużą linię zasilania. To uproszczenie całkowicie eliminuje możliwość balansowania prądów między poszczególnymi sekcjami złącza 12VHPWR i 12V-2x6. W efekcie nawet jeśli przez jedną żyłę popłynie prąd o natężeniu 50 A (co jest skrajnym, ale możliwym przypadkiem), karta graficzna nie podejmie żadnej reakcji ochronnej. W normatywnych warunkach prąd przez jedną parę zasilającą powinien wynosić około 8 A, jednak jak wykazał Der8auer, w rzeczywistości może osiągać aż 24 A, co znacznie przekracza wartości uznawane za bezpieczne i prowadzi do topienia się konektorów.

NVIDIA oficjalnie przyznaje, że będą problemy z dostępnością GeForce RTX 5090. MSI przesuwa amerykańską premierę kart

W przypadku kart GeForce RTX 5090 Founders Edition problem został dodatkowo pogłębiony przez obecność tylko jednego rezystora bocznikowego. Podobnie jak w poprzednim przypadku, linie zasilania o najniższym oporze elektrycznym przejmują największy przepływ prądu, co może prowadzić do przeciążenia. Skutkiem tego jest przegrzewanie przewodów, które w ekstremalnych przypadkach może powodować degradację i fizyczne uszkodzenie konektorów. Partnerzy AIB NVIDIA tacy jak ASUS stosują dodatkowe rezystory bocznikowe dla każdej linii zasilającej ze złącza 12V-2x6, jednak końcowo i tak wszystkie są połączone ze sobą. Umożliwia to pewnego rodzaju monitoring gniazda, przez co oprogramowanie może nas poinformować o problemach z zasilaniem, ale nie całkowicie ochronić. Całość również wyjaśnia, dlaczego niektórzy producenci kart niereferencyjnych stosują termopady na złączach zasilania. Najprawdopodobniej jest to zabieg, aby oprogramowanie było w stanie zawczasu poinformować użytkownika o problemie, zanim dojdzie do nieodwracalnego uszkodzenia.

PCB - NVIDIA GeForce RTX 5090 Founders Edition

NVIDIA GeForce RTX 5080 oraz GeForce RTX 5090 - Niereferencyjne modele ASUS ROG Astral z absurdalnie wysokimi cenami MSRP

Podsumowując, można śmiało stwierdzić, że NVIDIA, dążąc do maksymalnego zmniejszenia rozmiaru PCB, dokonała degradacji podsystemu zasilania, co doprowadziło do omawianych problemów. Choć zmniejszenie kosztów produkcji poprzez eliminację kilku rezystorów wydaje się wątpliwe, nie można tego całkowicie wykluczyć. Najprawdopodobniej uproszczenie dotknęło również kontrolera zasilania, co mogło dodatkowo obniżyć koszty, ale niestety kosztem funkcjonalności i bezpieczeństwa użytkowania. Nie jest to krok, który powinien zostać podjęty, zwłaszcza że już poprzednia generacja kart graficznych zmagała się z poważnymi problemami z zasilaniem. Na koniec chciałbym dodać autorski komentarz: ucząc się w technikum elektronicznym, zawsze zwracano uwagę na konieczność stosowania rezystorów w obwodach równoległych m.in. tranzystorów, aby wymuszać równomierny przepływ prądu. NVIDIA, upraszczając projekt, popełniła błąd, który można nazwać podstawowym, niemal „przedszkolnym” w świecie projektowania elektroniki. Tego rodzaju zaniedbania w topowych produktach, takich jak karty graficzne RTX, budzą zdziwienie i rozczarowanie.