¿Por qué las tarjetas gráficas de computadora usan un conector de 8 pines (4 cables positivos y 4 negativos) en lugar del conector con un solo cable positivo y negativo?

Esto permite el uso de múltiples conectores y cables baratos, en lugar de cables gruesos simples y conectores de alta corriente más costosos. Los cables delgados múltiples también son más flexibles que los cables gruesos. Los múltiples pines en la placa de circuito facilitan el problema de rastrear altas corrientes en una PCB.

No se trata solo del manejo de la energía, es la caída de voltaje en el cable que debe controlarse bien.

1. Para permitir más corriente de lo que una sola conexión puede proporcionar de manera confiable.
2. Para una menor resistencia general y, por lo tanto, una menor caída de voltaje.
3. Para redundancia a medida que las conexiones individuales aumentan la resistencia debido a la oxidación, la suciedad, etc., a medida que envejecen.

Según las Especificaciones electromecánicas de PCIe , los conectores de alimentación están especificados para entregar +12 V, y un conector 2x3 puede entregar 75 W, o 150 W para un 2x4. Los dispositivos PCIe de alta potencia (GPU en general) pueden extraer hasta 300 W mediante una combinación de conectores de alimentación PCIe y 25 W desde el conector de borde.

En el capítulo 3 del documento, menciona:

  

• El + 12V entregado desde el conector de borde x16 estándar y los + 12V (s) adicionales entregados a través de la alimentación auxiliar dedicada de 2 x 3 y / o 2 x 4   los conectores deben tratarse como provenientes de rieles de alimentación independientes del sistema independientes.
  
• Los diferentes potenciales de entrada de + 12V de diferentes conectores no deben cortocircuitarse en ningún punto de una tarjeta complementaria PCI Express 225 W / 300 W.
  
• Las clavijas de alimentación de un solo conector de alimentación auxiliar de 2 x 3 o 2 x 4 pueden unirse en cortocircuito.
  

Por lo tanto, por cada conector puede no existir ninguna diferencia según la especificación si todos los cables se combinaron en el arnés, la división de los pines del conector Molex sería costosa.

No sé cómo se realiza realmente el cableado en las fuentes de alimentación, pero las fuentes generalmente se dividen en unos pocos rieles. Combinarlos más cerca del punto de carga podría ayudar con algunas regulaciones.

En la GPU, generalmente hay varias fases de voltaje (10-20) que combinadas pueden entregar ~ 200 A a 1 V en el núcleo y la memoria de la GPU. Como ejemplo, la Nvidia Titan V tiene un conector de 2x3 y 2x4 y puede producir hasta 250 W de calor. GamersNexus hizo un desmontaje de uno y miró los circuitos de suministro de energía:

Varios motivos, todos ellos derivados del hecho de que las GPU consumen mucha corriente.

Una GPU puede dibujar 100 W a través de uno de esos conectores. A 12 voltios, eso es 8 amperios. La corriente alta a través de un cable producirá una caída de voltaje de un extremo del cable al otro, proporcional a la resistencia del cable. Esto da como resultado un voltaje más bajo en la GPU y pérdida de energía en el cable, lo que resulta en una menor eficiencia en la transferencia de energía y más calor en la caja.

La caída de voltaje se puede mitigar de dos formas principales: una es reduciendo la resistencia del cableado, ya sea utilizando cables más grandes o colocando varios cables en paralelo. Bajar la resistencia significa menos caída de voltaje y más eficiencia. Otra solución es agregar un cable de detección de voltaje adicional que no transmita corriente para que la fuente de alimentación pueda detectar y ajustar el voltaje en la carga, compensando la caída de voltaje en los cables.

Otro factor en el juego es la preocupación mecánica. Los cables gruesos son menos flexibles que los cables delgados, lo que hace que el enrutamiento de los cables sea más difícil, los problemas de radio de curvatura y una mayor tensión en los conectores y las placas de circuitos. El uso de múltiples clavijas también aumenta el área de la superficie de contacto, disminuyendo la resistencia de contacto. Las rutas de corriente paralelas también proporcionan cierto nivel de redundancia.

El conector de alimentación PCIe de 8 clavijas usa ambas soluciones: tres clavijas de alimentación paralelas, tres clavijas de tierra paralelas y un par de clavijas de detección de voltaje. El uso de tres pines de alimentación paralelos reduce la caída de voltaje a través del cable y también proporciona una buena flexibilidad, mientras que los pines de detección aseguran que la carga está recibiendo realmente 12 voltios.

La respuesta es más mundana, los conectores 2x3 y 2x4 están disponibles en "todos" los sistemas, ya que son la salida predeterminada en la fuente de alimentación. Y como están disponibles, no necesitan fuentes de alimentación especiales para tener salidas de 75W o 100W.

También la menor potencia individual puede simplificar los transformadores en la tarjeta GPU, utilizando componentes más pequeños.