Powenetics: CPU、GPU、ストレージの消費電力を測定するためのより優れた方法

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ハードウェア：電力消費量をテストするために使用する機器

このプロジェクトで使用されているTinkerforgeセンサー（電圧/電流Bricklet）は、INA226双方向電流/電力モニターと4mΩシャント抵抗を組み合わせたものです。消費電流は1mAに制限され、PCBの寸法はわずか30×30mm、Brickletの重量はわずか10gです。

平均化とADC変換の周期を設定できるため、電圧/電流Brickletは指定した周期で測定値を平均化できます。また、中央制御装置からの「get」コマンドを必要とせず、指定した間隔で、かつ新しい測定値が以前の測定値と異なる場合にのみデータを送信するようにプログラムできるという優れた機能も備えています。これにより、双方向通信が実質的に不要になるため、センサーと制御PC間の通信が大幅に高速化されます。

Tinkerforgeの電圧/電流BrickletはマスターBrickに接続され、1つのマスターBrickで最大4つのセンサーをサポートします。複数のマスターBrickをスタックしてAPIから1つとして認識することで、単一のインターフェースから多数のセンサーからデータを取得できます。デフォルトでは、マスターBrickはUSB経由でPCに接続されますが、オプションのモジュールを使用することでRS485、Ethernet、Wi-Fiも利用できます。通信はネットワークアドレスを介して行われます。USB接続を機能させるには、Brick Daemonをインストールする必要があります。Brick Daemonは、BrickのUSBインターフェースとAPIバインディング間のプロキシとして機能します。

Brickletsのプログラミングは、ある程度のプログラミング経験があれば簡単です。例えば、Poweneticsの制御/監視プログラムはC#で書かれています。

Tinkerforgeのハードウェアで私たちが気に入っている点の一つは、同社がオープンソースの理念を推進していることです。これにより、理論的には、新しいセンサーを追加したりソフトウェアをアップデートしたりすることで、Poweneticsの機能を簡単にアップグレードできます。つまり、Poweneticsは、必要な変更や拡張に柔軟に対応できるオープンアーキテクチャを採用しているということです。これにより、将来性はほぼ確保されています。

何よりも素晴らしいのは、ハードウェアが非常に安価だということです。電圧/電流Brickletは1台17ユーロ（約21ドル）、Master Bricksは30ユーロ（約37ドル）です。これは、まともな電流クランプやオシロスコープにかける費用と比べれば、信じられないほど安いと言えるでしょう。ちなみに、Poweneticsの機能に匹敵するには、電流クランプ8台と4チャンネルオシロスコープ2台、そして8つのアナログ入力を備えた電圧ロギングデバイスが必要になります。少なくとも、数千ドル相当のハードウェアが必要になります。

電圧/電流Brickletは、負荷と電源の間に設置する必要があります。PCIeケーブルであれば簡単に実現できますが、PCIeスロットの場合は困難です。当初、Cybeneticsは改造されたPCIeライザーを検討しました。しかし、多くのPCIeライザーは品質が低く、まともな製品でも高価でした。さらに、不要な電圧降下を避けるため、PCIeスロット用の短い延長ケーブルを使用する必要がありました。

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Cybeneticsはインターネットで検索した結果、Adex ElectronicsのPEXP16-EXを見つけました。これは、プレーンプローブ付きのオシロスコープやTinkerforgeセンサーを使った電力測定に簡単に使用できます。

PEXP16-EXには、プラグ式ヒューズと電源表示LEDが搭載されています。これらのインジケーターはそれほど便利ではないかもしれませんが、プラグ式ヒューズは間違いなく便利です。ヒューズは電源とグラフィックカードの間に設置されているので、取り外してBrickletを取り付けるだけで、電力と電圧の測定値を取得できます。たったこれだけです！

実際、この作業全体の中で最も難しいのは、ヒューズソケットのリード線に4本の電線をはんだ付けすることです。基本的なはんだ付け技術と安定した手つきがあれば、これは簡単な作業です。

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