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Inside Lab: Leistungsaufnahme-Messung in Echtzeit an CPU, GPU und Motherboard mit System- und Sensordaten kombinieren? Geht doch!

Die bisherige Praxis, Echtzeitmessungen (auch über längere Zeiträume) nur mit den Oszillografen zu realisieren ist sicher nicht schlecht und sie erlaubt zudem auch aufgrund der hohen Auflösung tiefe Einblicke in das Schaltverhalten von Grafikkarten und CPUs, aber es ist immer nur möglich, einen Teilbereich des Gesamtsystem zu erfassen. Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten sind dabei natürlich nicht oder nur sehr schwer zu erfassen. Wenn ich beide Oszis kopple, dann stehen mir maximal 8 Kanäle zur Verfügung. Klingt viel, ist es aber nicht, weil man ja stets Spannungen und Ströme getrennt erfassen muss. Das Reicht gerade mal für die Grafikkarte ODER die CPU samt Motherboard, nie aber für alles gleichzeitig. Und wenn man dann noch in vernünftigen Intervallen Systemdaten gleich mit erfassen und loggen kann, dann bleibt auch kein Tester-Auge mehr trocken.

Auch wenn die Außenwirkung eher das Bild eines Einzelkämpfers vermitteln mag, so ganz stimmt das natürlich nicht. Derartige Ideen realisiert man nicht eben mal so nebenher, sondern man braucht die Mithilfe und Unterstützung guter Freunde und Kollegen, die genau das ergänzen können, was einem noch an Erfahrung, Material oder auch Softwareunterstützung fehlt. Man kann vieles sicher auch allein lösen, aber dann wäre diese Seite mal für Tage oder Wochen dicht. So aber geschieht das alles quasi nebenher und als fortlaufender Prozess, denn wirklich fertig wird man ja eh nie. Doch die erste Ausbaustufe steht endlich und darf heute auch einmal vorgestellt werden und so geht mein Dank schon einmal an Aris Mpitziopoulos von Cybenetics (Powenetics), Tinkerforge und Nils Stallmach von Seasonic.

Eigene Platine oder Baukasten-System? Tinkerforge!

Ja, das ist so eine Entscheidung, die am Anfang das ganze Programm unumkehrbar in eine bestimmte Richtung drückt und die man vielleicht in absehbarer Zeit sogar bereuen könnte. Deshalb habe ich die Idee, hier eine eigene Platine entwerfen und produzieren zu lassen, schnell wieder verworfen, da so ein System statisch und dann in der Folge faktisch nicht mehr erweiterbar wäre. Wenn man nur lange und zielgerichtet danach sucht, muss es noch nicht mal ein direkter China-Import sein, denn es gibt für solche Sachen auch Tinkerforge, eine Art Baukastensystem mit nahezu beliebig kombinierbaren Einzelmodulen (Bricklets) für die verschiedensten Aufgaben und Kontroll-Modulen (Master-Bricks), welche die Bricks  zusammenführen und die Kontrolle über eine standardisierte API ermöglichen. Wer mal in den Tinkerforge-Shop schaut, wird fast schon einen Schreck bekommen, was da alles möglich ist.

So ein einzelnes Bricklet ist noch nicht einmal so kassenimplodierend teuer, allerdings wird es in der Summe dann doch nicht ganz billig. Immerhin will ich hier bis zu 12 Spannungszuführungen gleichzeitig überwachen, von denen 10 bereits fest vergeben sind. Das Schöne am von mir für das Projekt verwendeten Bricklet ist, dass Spannung und Stromstärke gleichzeitig erfasst und abgerufen werden und die Genauigkeit vor allem auch im Niedriglastbereich hinreichend groß ist.

Für die beiden Spannungszuführungen der Grafikkarte am Motherboard-Slot (PEG) setze ich auf eine spezielle Riser-Karte, die noch etwas zu modifizieren war.  Hier habe ich mit dem herkömmlichen Equipment vergleichende Kontrollmessungen vorgenommen und die Genauigkeit überprüft. Die Intervalle sind im Vergleich zur Osillografen-Messung deutlich großer, so dass hier natürlich nicht die Verläufe abgebildet werden können, die bisher die Qualität und Detailtiefe der Artikel ausgemacht hat. Hier werde ich also auch weiterhin zweigleisig fahren müssen, auch wenn die gröber gefassten Durchschnittswerte durchaus im Rahmen der Toleranzen liegen. Aber es würde einfach etwas fehlen. Für die Gegenüberstellung von Grafikkarte und CPU auf einer gemeinsamen Zeitschiene reicht so etwas aber mehr als aus.

Alle diese Bricklets werden dann von Bricks erfasst, von denen einer bis zu vier Bricklets anbinden kann. Das wiederum lässt sich nahezu beliebig stapeln, ist allerdings schon ein wenig durch den Informationsfluss limitiert, wenn man noch vernünftig kleine Intervalle nutzen möchte. Derzeit sind noch zwei Eingange frei, die ich in der Folge für SSDs, Zubehör oder direkte Messungen an Platinen vorgesehen habe. Aber ich habe auch noch Bricks in Reserve, um später noch einmal aufstocken zu können. Genau dies ist ja nun einmal die Stärke so einer Lösung. Der unterste Brick fungiert dabei als Master-Brick, so dass sich dort dann die Daten per USB zum PC senden lassen. Auf diesem kommt dann die Software ins Spiel, über die gleich noch zu sprechen sein wird.

Noch eine kurze Bemerkung zu den Zuleitungen und den Kabellängen. Die von mir überwiegend verwendeten AWG16-Kabel stammen von Seasonic und ich setzte hier auf ein Seasonic Prime Platinum mit maximal 1300 Watt Nennbelastbarkeit. Um flexibel zu bleiben, habe ich vom Hersteller gleich noch einen kompletten zweiten Kabelsatz besorgen können, denn einer wird ja quasi “zerlegt” und direkt eingebunden.

Am Board, das alle Bricks und Bricklets trägt, habe ich alle zuführenden Kabel entweder sauber mit Kabelhülsen und Lot verarbeitet oder aber durchgeschleifte Leitungen, wie z.B. Power Good gleich ordentlich verlötet und mit Schrumpfschlauch abgedeckt. Die Kabellängen habe ich dabei so kurz wie möglich gehalten und für den Part mit dem 24-Pin gibt es zudem noch eine zentrale Masse. Es hat sich allerdings als nicht zielführen erwiesen, alle Bricklets zusätzlich noch einmal sternförmig und mit identischen Leitungslängen noch einmal an der zentralen Masse anzubinden. Hier setze ich ausschließlich auf die zusammengefassten Kabel der jeweiligen Zuführung vom Netzteil, was die Bricklets aus diesem Potentialausgleich heraushält.

So verkabelt, könnte es eigentlich losgehen. Könnte, denn man muss ja auch alles erst einmal auslesen und auswerten könnten. Hardware ohne Software ist wie ein Auto ohne Fahrer und genau an dieser Stelle kommt nun mein Freund Aris an die Reihe. Bitte umblättern!

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Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.