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NVIDIA’s connector story: EPS vs. 12VHPWR Connector – Unfortunately, good doesn’t always win, but evil wins more and more often (insights)

I won’t repeat all the speculations, attempts, and potential explanations, as they’re now just tiresome. However, what has persisted is the rather one-sided blame placed on users for allegedly being too clumsy to plug in correctly. Yes, there were such cases, especially when the cables or adapters were difficult to insert and users, out of fear, refrained from using force. But we must acknowledge that this was just one of many reasons. Nonetheless, the PCI SIG decided not only to criticize the original spring contacts (which I also reported exclusively) but also to ensure user safety, something overlooked in the first model.

The 12VHPWR Connector Goes, and the 12V-2×6 Connector Comes

Taking seriously the findings from the first few months, the connector was modified, a new standard was developed, and extensive testing was conducted (which should have been done at the start). The product was renamed, although it was essentially an evolution. Looking at the newly introduced implementation guidelines, it’s clear that my articles and videos about cable bending, crimping, soldering, and lateral stress were spot on. Blaming the 12VHPWR issues solely on user incompetence may have been convenient for NVIDIA just before announcing quarterly results, but it oversimplifies the complex matter.

The new CEM 5.1 specification replaced the 12VHPWR plug with a new 12V-2×6 plug, aiming for less confusion by defining the rules for maximum and sustained power in the same way as commonly used form factor specifications. This plug design was introduced to support cards up to 675 watts, with up to 600 watts for the plug and up to 75 watts for the motherboard slot (PEG). This was a novelty, as previously, the CEM 5.0 set a maximum power of 600 watts for the combined connections, irrespective of their distribution.

Additionally, the standard method for measuring maximum and sustained power was finally updated to align with existing form factor specifications and ensure consistency between them. There were no impacts on hardware not supporting 12V-2×6, but minor effects on hardware that had to follow the base specification for implementing the 150W and 300W versions of the 12VHPWR sense-pin detection.

There were also no software implications unless the software supports the CEM form factor. Software using the Power Budgeting Sense Detect Register will need updates to reflect the new defined codings. Software utilizing the “Connector Type” field must be updated to support additional connector type coding. However, so far, there’s nothing significant known in graphics cards and power supplies – it was never implemented anywhere. Configuration storage tests might need updates to avoid mistakenly marking expansion cards using the new codings as defective.

 

The new 12V-2×6 power connector also delivers up to 55 A of continuous current, supplying the expansion card with a maximum of 600 W at a 12 V Aux rail. The power requirements for the plug and cable assembly are as follows:

  • Current rating of power pins (excluding sideband contacts): At least 9.2 A per pin/position with a limit of 30 °C T-rise above ambient temperature conditions at 12 V DC with all twelve contacts active.
  • The plug body must have a label or an embossed H sign to indicate support of 9.2 A/pin or more. See the above figure for the approximate positioning of the marking on the 12V-2×6 Right-Angle (R/A) Header.
  • Due to variations in contact resistance, a single pin might see more than 9.2 A, depending on uneven cable contact resistance, but the total current for the assembly must not exceed 55A RMS in any direction. This also affects measurements and requirements for contact resistance variability.
  • Cable assembly integrators must ensure that the assembly, including the 16 AWG wires and pins, meets the minimum current requirement and maximum temperature rise as stated above for their implementation.
  • Holding force of the locked plug: At least 45.00 N when the plug is axially pulled.

Mechanical Changes to the Header

The so-called header, the socket soldered to expansion cards like graphics cards, saw the biggest change. The 12V-2×6 plug is now conditionally compatible with older graphics cards with 12VHPWR headers, and current 12VHPWR power supply cables and adapters will be more or less compatible with the 12V-2×6 header. Twelve large contacts carry the power rail as before, and four smaller contacts below carry sideband signals. This is where the most significant changes occurred.

The update of the 12VHPWR coding was also done to reflect the now-published CEM 5.1 (as the base specification and CEM 5.0 were even inconsistent). New rules applied to expansion cards with 150 watts or 300 watts, and detecting 150-watt cards even required external circuitry (see below). Logically, the 12V-2×6 is still not compatible with PCI Express 2×3 and 2×4 PCIe plugs (Aux). The power pins of the 12V-2×6 plug have a spacing of 3.0 mm, while contacts in a 2×3 and 2×4 plug are on a larger grid of 4.2 mm.

I wrote over a year ago that the PCI SIG would mechanically reset the four lower sideband signal sense pins. Unless the plug is inserted far enough into the header (until it clicks), the sideband signal of the two pins for detection is missing. This prevents the card from powering on or immediately shuts it off if the plug accidentally slips out. The 12V-2×6 header has the same external dimensions, and the final pressure point of the sense pins is again at 3 mm to ensure compatibility. But here’s the interesting part: the tips of the sense pins are now recessed by 1.7 mm, a change of 1.25 mm. The actual pin behind the tip, where the first contact is made, is now even 2 mm behind the outer edge. This greatly increases safety.

New 12V-2×6 Header

New Power Classes with 150 and 300 Watts

By connecting Pin 0 to ground and leaving Pin 1 open, 300 watts is achieved. The 150-watt configuration is tricky and new: Pin 0 and Pin 1 are simply connected directly without ground. This requires new cables or a special power supply:

Mechanical Changes to Connectors with 2 Options

The connectors for cables or adapters will also be slightly modified, and there will likely be two slightly different versions. Option 1 has a 0.7 mm step below the sense pins, while Option 2 doesn’t. However, the external dimensions of both options are identical. The reason for these options is not yet clear.

The same applies to spring contacts, even though the PCI SIG’s last recommendation in CEM 5.0 clearly spoke against Astron contacts. The NTK design was explicitly recommended.

Important Implementation Notes for 12V-2×6 Cables Regarding Quality and Processing

To avoid unnecessary stress on the crimp contacts, the cable bundles should not be bent immediately after exiting the back of the plug. The cables should neither be stretched nor restricted in any way. The IPC/WHMA-A-620 standard prescribes practices and requirements for the manufacture of cable, wire, and cable assembly. The standard describes materials, methods, testing, and acceptance criteria for the production of crimped, mechanically secured, and soldered connections, and the associated assembly activities (appropriate fastening/restraint criteria) in relation to cable and cable assembly.

Variability in contact resistance within a cable assembly can cause an imbalance of current between contacts, potentially causing individual contacts and/or wires to exceed the current per pin specified in Section 9.1. Furthermore, this imbalance can be exacerbated by cable bending and/or lateral loading of the cable assembly connected to the expansion card. The specific wire, connectors, and manufacturing process used for a cable assembly must be designed to accept this current imbalance due to contact resistance variability and side loading. Side loading is defined as a load applied in any direction perpendicular to the housing bodies as defined in Figure 9-10.

I recall in this context that I addressed exactly these side-loading circumstances in both my previous investigations and in articles and videos. The inclusion of this important aspect in the specifications after many hints and measurements confirms once more that pure generalization of user error simply cannot do justice to the problem. This also pertains to my investigations into crimping, soldering, and cable execution.

 

12V-2×6 Cable Assembly Side Loading Directions

Measurements and Testing Procedures

For better understanding, let me briefly explain Low Level Contact Resistance (LLCR). LLCR is used in combination with several other tests to track the overall performance of a component under specific conditions. The goal is to measure the electrical resistance of a system under test at a no-load voltage. This voltage is low enough not to disturb any thin films that might exist at the contact point.

The current level is also low enough to ensure that the device under test does not heat up and that surface irregularities (asperities) do not melt. In other words, the current is low enough to prevent the destruction of oxide layers and thus avoid falsifying the results. LLCR is measured in milliohms (mΩ), and a normal LLCR reading for a board-to-board system is between 5-15 mΩ. For testing, the voltage is limited to 20 mV and the current to 100 mA. A change in resistance greater than 15 mOhm is typically considered a failure.

To measure low-level contact resistance and check if a coupled connector head and cable assembly design can control contact resistance under side load conditions, the following methodology is proposed:

  • Attach the connector of the expansion card to a fixture.
  • Measure the LLCR of the cable assembly from the socket’s footprint on the top of the expansion card’s PCB to 50 mm from the point where the wire leaves the body of the connector. The purpose of controlling the measurement point is to ensure that the wire length and its contribution to contact resistance are repeatable. This does not imply a limitation on the specific cable assembly implementation.
  • Perform 30 mating cycles between the connector and the cable assembly.
  • Record the LLCR of each conductor of the cable assembly in the unloaded state.
  • Apply a side load of 20 N in each of the directions defined above. The load must be applied to the cable bundle beyond any cable ties or strain relief features of the assembly, if present. Record the LLCR of each conductor once the measurement result has stabilized.
  • Calculate the average contact resistance of pin groups 1-6 and 7-12 independently for each side load condition.
  • The LLCR result for each pin should not change by more than 50% from the average of its respective group under any test condition. A maximum LLCR of 6 mOhm/contact is prescribed for each conductor.

Temperatures

New specifications regarding temperatures and limits have also been released. Considering the heat development of the board (shunts exceeding 100 °C!) and the potential heating of the pins due to external influences from the board, not just from the flowing currents and contact resistance, one can conclude from the established temperature limits for durability that air-cooled cards, especially in the area of the power connection, should be designed differently.

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big-maec

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860 Kommentare 508 Likes

Der Stecker ist grenzwertig, aber bis 450W scheint es ja so zu funktionieren wie er soll, für mich reicht das.
Wer mehr Strom reinschicken will, muss sich wohl was anderes überlegen.

Was anderes, ich habe mir mal die YT Videos im Krisfix Kanal angeschaut und echt gestaunt was die Leute für Reparaturvorstellungen und wie wohl mit der Hardware umgegangen wird. Die Videos von Krisfix sollte man sich anschauen man kann da viel sehen und lernen. Reparaturen wie z.b. eingerissene Leiterplatten, freilegen von Leiterbahnen, ersetzen von Pads, das ist schon ja schon keine normale Reparatur und sehr aufwändig.
Was ich so bis jetzt gesehen habe, ist er sehr bemüht das Möglichste zu machen. Im Grunde tut er mir auch etwas leid und deshalb ein großes Lob an Krisfix für seine Arbeit. (y)

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes

@Igor Wallossek man sitzt hier wirklich in der ersten Reihe. Alles was hier berichtet wurde hat sich bewahrheitet. Ich mag den Stecker auch nicht!
Wusste Nvidia von Anfang an Bescheid? Hatte man die Sollbruchstelle schon im Auge? Aber eine Frage bleibt offen: warum wurde die Platine dermaßen verkleinert, dass man gezwungen war den Header zu verkleinern.

View image at the forums

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Igor Wallossek

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Weil man sich aufs Kühlerdesign festgelegt hatte :D

Fuction follows form war noch nie eine gute Idee. Man hätte aber bis zur 3090 Ti noch zurückgekonnt, ohne das Gesicht zu verlieren.

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Besterino

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6,791 Kommentare 3,381 Likes

Harte Kost am frühen Morgen. Danke dafür. War für mich bei einigen Teilen vielleicht zu früh, irgendwann habe ich nur noch „Kabel“ und „Stecker“ gelesen. ;)

Der Nachgeschmack bleibt, dass das kein Idiotensicheres Design ist und das finde ich im Bereich Consumer-Produkt einfach doof.

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BeamMyup

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Hatte auch eine RTX4090 die Abgeraucht bzw. der Stecker geschmolzen ist, aber bekam zum Glück vom Händler das Geld zurück, was dann zu einer RTX4080 mündete und nun ohne schmelzende Stecker tut was es soll.

Bin mal gespannt was für Stecker/Buchsen sich dann bei der Nachfolger Grafikkarten der «RTX5XXX» Serie etablieren werden. Fortsetzung folgt oder so …

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes

War bei bei meiner alten A-Klasse auch so. Hauptsache Elch. Wie sagte noch meine Mechaniker als er die Injektoren am Diesel autauschen musste: "Ein einziges Gewürge und Gef...e". Vom Preis will ich gar nicht reden.

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Igor Wallossek

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Ich musste es auch über einige Tage verteilt schreiben. Sonst wird man komplett Banane im Schädel :D

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B
Besterino

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Ogott, der Song klingt ja wie ne Drohung… :D

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echolot

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Horror schon am Morgen... 😂😂😂...so war das früher.
Das passt auch ganz gut zur Steckersaga

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Igor Wallossek

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Limahl... Auf den war ich sogar mal eifersüchtig, weil meine damalige Flamme einen wahren Limahl-Schrein im Zimmer errichtet hatte. Stell Dir vor, Du liegst unten und dieser Vogel beobachtet dich von jedem Quadratmeter der Wand aus. Ja, das ist HORROR ;)

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ssj3rd

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Das Thema findet einfach kein Ende...

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D
Daedalus

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Beeindruckende Zusammenstellung, vielen Dank dafür!

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ipat66

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Solange dieser Stecker verwendet wird, macht es keinen Sinn OC Karten mit über 450Watt zu verkaufen.
Da wäre mir das Risiko zu groß, obwohl es so oder so mMn relativ sinnfrei ist die 4090'er zu prügeln...

Klar ist es auch für die Netzteilhersteller ärgerlich darauf dann reagieren zu müssen.
Glücklicherweise könnte aber für die bereits produzierten Netzteile Adapterkabel bereit gestellt werden, welche dann die Verbindung des Katastrophenstecker (Netzteilseitig) auf den neuen Standard bewerkstelligen könnten.
Netzteilseitig gab es wohl bisher keine Probleme ?

Lieber ein Ende mit Schrecken als ein Schrecken ohne Ende... :)

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G
Guest

Wo kann man spenden?
1Woche volles Rohr Nick Cave, Stones. Tom Waits.. etz. ( der Röher is wie neu, die warmen alten Boxxen ein Traum) bei dem Gedanken spuckt man ja noch immer die Haare von der
Sprayfrisurperrücke..( Frauenmusik kann, wird mann nicht verstehen) Und die Kids von Now. das war Wella $4 wetter taft.
damit kannst du:
1.) Ein Bockiges Motherboard aus einem Atttari der gefügig dann im IBM weiter lebt, anbei-gen, damit warm, damit 20 sec
Zeit was zu " verbessern" ( wir haben damals als 7oder 8 jährige bereits massiv gewusst wie man so Zeug umbaut.. weil das echte
so teuer war, das man den Kernschrott recycelt hat. irre aber cool)
2.) Wenn dir die Muni ausgeht, SNAKE PLISKEN, super abfackeln alles. Oder das Kinderzimmer.. Omas Vorhang.. BITTE NICHT NACHMACHEN.
( es war alles sauber. leider is es der FeuerlöscherPulverschaum in den Pflanzen am Fenster die uns auf fliegen haben lassen. )
3.) Wenn Igor Sammsdachs in die Disco geht, sein mähnig mächtiges Haupthaaar steil aufstellen und Frau des Wunsches bekommt
so den noch schöneren LIMAHL.. da steht ein OPEL MANTA..
ops. ein LOOP. ( INZEPTION und MATRIX)

Hab ich die göttliche Vorsehung gehabt, als ich die 4090er weiter vertscheppert habe?
Warum machen die den das?

O B S U L E N Z.. Dean Martin singt mit Lorde.. EVERYBODY WANTS TO RUUUL your money und weiter

Von mir 5 Sterne. 5 SUPER MARIO KART STERNE .. peace :)

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B
Besterino

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@elektroPelz Mein lieber Herr Gesangsverein, Du machst es einem aber echt nicht leicht!

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echolot

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Vielleicht kann Igor nochmal die KI drüberlaufen lassen.

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big-maec

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Hömma, wennse im Ruhrpott aufgewachse bis, dann verstehste seinen Slang.

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g
galardo330

Neuling

3 Kommentare 2 Likes

Und wieder wird das bestätigt, was ich von Anfang an gesagt hatte, dass das Ding Müll ist.
Jedoch durfte ich mir über 1 Jahr immer wieder anhören, dass da ja ingenieure dran sitzen, die mehr verdienen als ich.
Danke für die Berichterstattung und das "nicht locker lassen" bei dem Thema.
Der ganze fanboy-Mist der um dieses Thema herum ablief hat mich extrem genervt. Wenn ein hersteller bzw PCI-SIG Blödsinn konstruiert, dann gehört das auf den Tisch und kritisiert und nicht verteidigt.
Allein die Vorstellung, man versucht durch einen Querschnitt von 0,36mm² 12v 8A zu jagen bereitet mir Kopfschmerzen. Vom übergangswiederstand bei den kontaktflächen fangen wir gar nicht erst an... der Stecker ist so hart am Limit konstruiert, dass es mich wundert, das nicht mehr passiert ist bisher.

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Igor Wallossek

1

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ChatGPT 4.0 sagt:
Um Ihren Text zu verbessern, werde ich die Struktur und den Satzbau überarbeiten, um die Lesbarkeit zu erhöhen. Hier ist die überarbeitete Version:

"Wo kann man spenden? Eine Woche lang habe ich intensiv Musik von Nick Cave, den Rolling Stones und Tom Waits gehört. Der Verstärker ist wie neu, und die warmen, alten Lautsprecher sind ein Traum. Beim Gedanken daran, erinnere ich mich noch immer an das Ausspucken der Haare von der Sprayfrisur-Perücke. Frauenmusik mag man vielleicht nicht verstehen, aber ich habe meine eigenen Vorlieben. Und die heutigen Kids kennen nur Wella $4 Wetter Taft.

Damit könntest du:
1.) Ein störrisches Motherboard aus einem Atari, das dann im IBM weiterlebt, anpassen. Du erwärmst es, um 20 Sekunden Zeit zu haben, etwas zu 'verbessern'. Wir haben als 7- oder 8-Jährige bereits gewusst, wie man solche Dinge umbaut, weil das Originale so teuer war, dass wir Kernschrott recycelten. Irre, aber cool.

2.) Wenn dir die Munition ausgeht, kannst du, wie Snake Plissken, alles in Brand setzen. Oder das Kinderzimmer, Omas Vorhang... Aber bitte nicht nachmachen. Es war alles sauber, nur der Feuerlöscher-Schaum in den Pflanzen am Fenster hat uns verraten.

3.) Wenn Igor Samstags in die Disco geht, kann er sein mächtiges Haupthaar aufstellen, um die Frau seiner Wünsche zu beeindrucken, ähnlich einem noch schöneren Limahl, neben einem Opel Manta. Oops, ein Loop. Inception und Matrix.
Hatte ich göttliche Vorsehung, als ich die 4090er weitergegeben habe? Warum machen die das? Obsoleszenz... Dean Martin singt mit Lorde 'Everybody Wants to Rule Your Money' und mehr.

Von mir gibt es 5 Sterne. 5 Super Mario Kart Sterne. Peace :)"

Bitte beachten Sie, dass ich versucht habe, den originellen Geist und Stil Ihres Textes beizubehalten, während ich die Lesbarkeit verbesserte.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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