个人使用Nas黑群晖的历史3：这期聊电源

电源是所有系统都绕不过去的话题，Nas用户在多硬盘时候也会考虑电源的配置，随着自媒体的传播，越来越多人对电源的焦虑十分严重，不停的提高电源的功率，我对这场电源军备竞赛有点怀疑，来记录一下Nas关于电源的使用要求以及个人使用体会。

硬盘功耗的计算

通常NAS中的耗电大户是硬盘，尤其SSD还没有完全替代机械硬盘的今天，在多硬盘的场景中，硬盘占据了整机功耗的大部分，对硬盘功耗的计算是选择电源功耗的关键，不同硬盘的需求有所不同，一般考虑硬盘功耗应该按照功耗要求最高的来计算，防止出现，不能安装某些型号的情景。现阶段，功耗最大的硬盘应该是企业级 SAS 7200rpm的硬盘，WD HC5X0， Seagate X24/22/20，Toshiba MG09/08，容量最高26T, 属于现在性价比很低的产品。这篇文章以市场保有量较大的HC590为例，最大容量26T，应该能覆盖现存市面上所有硬盘。

下图来自HC590的 user manual spec，峰值功耗需求12V*2A+5V*1.05A=29.25W, 峰值功耗基本出现在启动时候12V需要2A，5V需要1.05A。

NAS硬盘有多有少，以4盘和12盘为例做计算。

4盘位：12V：8A ；5V:4.2A

12盘位：12V：24A；5V 12.6A

cpu 显卡的功耗另外算，假设系统其他最高峰值功耗100W，那么对于4盘位，电源功率只要100+117=217W即可，12盘位100+351=451W即可。

那么如果24盘位，只配一个1000W电源可以吗？

还是不可以的，这里需要注意通常的ATX电源，5V+3.3V功率一般不超过100W，也就是5V 20A，假定每个硬盘需要1.05A，24盘，需要25.2A，5V这路电源只给硬盘也不够了，还有主板其他地方也要5V供电，常规的ATX电源，最多只能供给12盘。对于更多盘位，通常需要硬盘背板，多数硬盘背板是有12-5V供电的，因此对5V供电没有那么多需求。

供电线材

硬盘转到sata差不多20年了，早已经不用IDE接口（形似），一般成IDE硬盘接口为大D口或者Molex connector，因为这个供电接口是molex公司定义，一般ATX电源具有1-4个sata供电，以及1-4个molex接口。这些接口共享一根或者两根线从电源引出。NAS供电的问题在于接头太少，并且硬盘线太少，这就需要考虑线材的载流能力了。

大多数ATX电源是铜线，也有部分使用铝线，相同线径，铜线载流能力强一些，但并非铝线电源就是劣质电源。

安找常规的纯铜线，ATX电源使用规格一般AWG18-AWG22规格（多数AWG20），线材的载流能力通常是根据温升来决定的，根据包皮的不同，热阻不同，散热能力也不尽相同，按照常规PVC，厚度0.2mm假设，室温25度，按照温升不超过50摄氏度计算，AWG18 电流不超过14A，AWG20 不超过11A，AWG22不超过7A。

单条线按照常规AWG20计算，对12V，11A/2A=5块硬盘，对5V，11A/1.05=10块硬盘，因此单条线材最高连接5块硬盘，超过5块会导致线材升温超过50度。

那么10A电流，最远端的硬盘供电压降怎么样？按照AWG20，33.3mohm/m，一般连线长度大概0.6m左右，线阻20mohm， 压降10A*20mohm = 200mV，一般ATX电源输出端电压12.1V左右，200mV压降问题不大，但是5V电压有可能是问题。下图是硬盘对于电压的要求，对于5V电压可以在4.75-5.25V之间

线材压降如果是5A*0mohm=100mV，对于5V的标准输出，到了硬盘端电压变为4.9V，还是满足要求，但是，请注意，这里只计算了电压偏移，还没有把电源纹波计算在内。查找intel atx电源规范：

5V允许的纹波在50mV，5V-100mV-50mV=4.85V, 满足条件. 还有几个问题没有考虑，第一接插件的接触电阻，无论是sata还是molex转sata，还有现在流行的模组/半模组电源，都是转接来的，每个转接，都有接触电阻，接触电阻一般几mohm到几百mohm不等，随着氧化，松动，灰尘的累计，逐渐增大，随着拔插的增多，性能变差，也是容易忽视的点。按照4.85-4.75=100mV的余量，那么100mV/5A=20mohm，这是转接非常容易超过的接触电阻，这就是为什么5V在多硬盘中容易超标的原因，而12V因为相对容量宽泛，出问题更少。

供电不满足，硬盘会怎么样？

那么5V假设出现了电压偏低会有什么后果呢？我用可调电源做了个大胆的尝试（切勿模仿，有损坏硬盘风险），硬盘会出现寻址错误，寻址性能下降。具体表现为：磁盘占用100%，iops为0，写入速度为0或者读取速度为0, 如果是WD的硬盘，其SMART信息会报错，0x07 seek error rate寻道错误率,会增加，不是线性增加，是幂指数增加，网上有计算公式。0x08seek time performace 会变差，对于seagate的硬盘，这两项不会报错，但故障表现是一样的。随着5V电源轨逐渐降低，开始出现无法寻道，或者寻道缓慢的现象，此时也有可能出现command time out数量增加，被标注在smart中。那么随着5V电源轨继续降低电压，会出现硬盘失联。

但是也不用太担心，我多次尝试，硬盘没有发生不可逆的损坏。在电压恢复之后，硬盘寻道可以恢复正常，随着硬盘读写，磁头寻道正确概率增大，smart中的0x07和0x08会恢复到健康状态，也就是0x00，但是command time out不会恢复，这里更深层次的原因我没有找到，怀疑可能是电压降低后，磁头的AFE放大器不满足工作条件。

一些特殊情况

1. 现在大多数3.5寸硬盘只用12V和5V，无需3.3V供电，企业盘和监控盘有些会启用3.3V供电引脚作为休眠控制引脚，需要关注。

2. 现在大多数2.5寸硬盘只有5V供电，无需3.3V供电，少部分古老的2.5寸盘还需要2.5V供电，这种情况下就无法使用molex转sata的供电接口了。

3. sata的固态硬盘一般单5V供电，对5V供电要求很高，容量越大，需要电流越大，最大功耗出现在擦除时，有可能达到2.5A的要求，峰值很高，平均值不大，远超过3.5寸机械盘，需要注意。

总结：take away

1. NAS供电优先考虑电源，粗暴计算30W/硬盘

2. 每条线最多能用6块硬盘（AWG18），推荐用5块盘（AWG20），保守起见4块（AWG22）

3. 少用转接线，优先考虑原厂线，优先考虑非模组电源

4. 12V供电不稳有可能产生坏道，5V供电不稳不会产生坏道，但是会出现寻址错误

5. 普通ATX电源带硬盘不超过12块，因为5V电源不够

6. 尽量使用单路12V供电的电源，而不是多路

7. 多块固态sata时要考虑5V电源的供电能力。无论多大功率的电源，5V只给20A。

bonus

我尝试按照逻辑给出来计算，在实践中，还有一些tips可以使用，需要点动手能力：

1. 一般小功率电源只有2根molex/sata供电线，甚至只有1根，总功率足够，如果想连接超过5块硬盘，可以将显卡PCIE的供电线，连接到molex/sata线上（DIY），让显卡的供电线为12V分流，这样子处理，一条硬盘线，供电10块硬盘没问题，5V线稍有压力。

2. 所有的计算都是满足硬盘的要求，那么不满足硬盘的要求有什么问题？取决于对硬盘的影响有多大，或者对于系统的影响有多大。比如硬盘可以顺序启动，没必要开机同时启动，这样减少了瞬态电流，但是，一定要满足硬盘的4k随机电流，比启动电流稍小。如果不满足硬盘的启动电流，也不一定就不行，只是启动时间边长，硬盘电机需要更长时间才能到达要求的速度，通常情况下，硬盘硬盘要求12V电源爬升时间不超过200ms，但是更大的爬升时间并不是问题，在硬盘启动该过程中的电源纹波在我个人的实验中，也不会造成损坏。

3. 电源有过流保护，如果在开机过程中，因为硬盘电流峰值，造成电源过流保护而切断供电，那么请不要犹豫，立即更换更大电源，如果能正常启动，并且在重负载下工作的功率在电源能力范围之内，也不是不行，不过电源便宜，尽量满足功率把。

4. 电源选购最好DCDC架构