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Smoldering Headers on NVIDIA’s GeForce RTX 4090 – New Insights, Measurements and (Un)known Causes of the 12VHPWR and 12V-2×6 Issue | Update

Square Wire / Profile Wire

To better understand the following, I will first provide a brief insight into the significance and manufacturing of so-called square wire, from which the pins of the headers are cut, pressed in, and then bent at the back. The wire that header manufacturers use has a square cross-section and is produced from simple, drawn round wire. To shape square profile wires, a so-called “Turk’s head” is used, the term stemming from the arrangement of the rollers, reminiscent of the traditional tying of headscarves in Turkish culture. Learned something new… The Turk’s head consists of four rollers symmetrically positioned at right angles to each other, exerting even pressure from all four sides when the wire is drawn through.

This very process is pivotal for the quality of the square wire and its dimensions, and along with the electroplated coating and its tolerances, the final outer dimensions are determined. We will soon see a pin whose wire was not perfectly rolled and still shows remnants of the round wire’s curvature. If such a wire is processed anyway, it means the Quality Control Inspection (QCI) of the connector manufacturer has failed. And we also recall the relatively soft copper and its mechanical disadvantages compared to a more suitable alloy.

Symbolic image of the wire rolling

Clamping surface in spring clamp connections

This term also requires a brief explanation. In connectors with spring contacts, the clamping surface is the part of the contact system that presses the conductor against a counter-surface by spring force to establish an electrical connection. In such connectors, the clamping surface is usually part of the spring element, designed to press the conductor securely and firmly against a stationary contact surface without the need for a screw or other tool. The spring force ensures a constant pressure, maintaining a reliable electrical connection throughout the connector’s lifespan. The clamping surface must have high conductivity and must not damage the conductor. It is often designed to accommodate different conductor cross-sections and to compensate for slight movements or vibrations and temperature fluctuations, which could otherwise lead to a loosening of the connection. Now you also understand why I insist on the lack of definition for these in the specifications.

The near-ideal pins of the 3rd party headers

Yes, they do exist. The pins in the headers from CableMod (at the adapter output to the power supply) all conform to standards regarding pin strength, alignment, and positioning. It can be done when the header manufacturer really wants it to be so! This should be emphasized, because aside from the tolerances PCI SIG allows for emergencies: The required 0.64 mm should be the norm, not the exception! However, CableMod also uses headers with pins made of pure copper instead of brass. But the wire used could not be more precise, and even the edges are only slightly rounded. I tested the headers from a total of 18 unused CableMod adapters from various batches and found the same, nearly perfect measurements in all 12 pins of each header.

Moving on to the second model, which represents the replacement headers used by KrisFix to replace scorched original headers. Here too, we see a very well-aligned pin with clean edges and outer dimensions that are slightly above the norm but still well within the upper tolerance range. Here, the spring should hold even better because the clamping force increases slightly as a result.

The pins on the original headers: Fishing in the tolerance range

I have also examined headers from Asus, because I had many of them, providing a certain statistical reliability. The wires used are often uneven, with slight bulges (compression) instead of straight edges and also often uneven dimensions. Yes, it’s all in the micrometer range, but when it comes to borderline high currents, the effective usable clamping surface is important and it certainly suffers from such deformations.

Borderline at the lower tolerance dimensions

The next image was taken with different lighting and maximum depth of field. We see a pin where the plastic at the feedthrough has already melted a bit. The measurements here are the absolute maximum values, which again show that the contact surfaces of the pin are partially even slightly bent and not truly flat. Let’s quickly recall the sentence at the beginning of the page about round wire and the problems in manufacturing.

And another thing: I have not been able to find a pin with 0.64 millimeters or more in outer dimensions that would have been damaged in this way! It was always only the thinner ones, with 0.63 mm and significantly less, or those that were not really rolled smoothly! Perhaps the PCI-SIG should define the lower limits a bit tighter and no longer allow negative tolerance ranges of this magnitude. And the connector manufacturers really should be advised to check the quality of the wires more often and thoroughly.

It must also be taken into account that the top layer is made of soft tin. There is definitely material wear and tear during plugging and unplugging, so this lower tolerance limit could be quickly undercut. But it gets even less accurate!

In fact, there are pins that are twisted internally! A 3-degree deviation of the axes from the vertical on this non-charred pin is already significant. This brings us back to the crimped cable plugs. Such a spring contact, since it sits loosely in the housing, can absorb and compensate for this twist to a certain extent, thus adjusting the positioning. However, if the counterpart is fixed-wired, such as a true socket like the one we find on the CableMod adapter and whose pins are soldered onto a PCB, no compensation can occur, and the clamping surface is also significantly minimized in part because the contacts are askew and therefore do not lie flat completely.

Position Tolerances

Now I will attempt to cut through the upper row of 12-volt pins. Of course, the inaccuracies of the optical measurement must be taken into account, but I have taken the picture with a 200-fold magnification and maximum depth of field, and also had the image stitched to largely eliminate optical distortions. Thus, it’s an undistorted top view at all positions. However, I must note for the sake of accuracy that these deviations are an exception and not all headers fall out of norm to the same extent. This also applies to the pins, which, however, even varied more noticeably among themselves in the defective headers. So, it will come down to manufacturing tolerances of certain batches.

From the cross-sectional measurement, it can be seen that the pins are not necessarily in the correct position, but this moves within the official tolerance specifications that were given. However, this only works with more flexible cable plugs, as they can adapt better. If the counterpart is also soldered onto a PCB, there is little room for maneuver and it only goes over the spring contacts. The possible consequence would then be an unequal pressure on the respective four side surfaces of the pins. And the very left pin, i.e., the one that has tended to char first in the past, is even below the tolerance limit for pin dimensions.

Intermediate Conclusion

It is quite obviously the sum of pin size, positioning, and possibly twisting that negatively affects the contact surfaces (“clamping surfaces”). Such a borderline construct in terms of currents to be delivered demands the highest manufacturing quality to really be considered safe. And it is not acceptable that I can short circuit three CableMod adapters in series at a limited 600 watts on the laboratory power supply and nothing happens, while a single inferior header is enough to cause damage to the expensive graphics card.

I can only advise manufacturers of these connectors to adhere exactly to the specifications and to check this continuously and more often within a series. Yes, these are higher costs, but the customer will surely appreciate it. Part of the problem certainly lies in the wire used for the pins, as the incoming goods must be inspected more closely by quality control from the start. Since there are many manufacturers of connectors, the quality of the products varies greatly. While the plastic housings were all cast very correctly, it becomes more problematic with the square wire and its initial quality.

 

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big-maec

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863 Kommentare 508 Likes

Danke erstmal für die kostenlose Analyse des 12VHPWR, habe auch noch 5 Header hier herumliegen, müsste mal schauen, ob die dann überhaupt was taugen.

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Roland83

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685 Kommentare 528 Likes

Traurig das ganze, weil das eigentlich jedem mit etwas Hausverstand und zumindest 2-3 versch Steckern und einfachsten Messwerkzeugen in 30 Minuten klar sein muss das man sich hier absolut beim Design und den Anforderungen verrannt hat.
Nichts anderes habe ich ja schon bei meinen Kontaktflächen Messungen bei den ersten 2 verschiedenen Kabeln, Adaptern.. die ich persönlich zu Hause hatte festgestellt. Das ganze ist am oberen Ende so heikel, dass es nur regelmäßig schief gehen kann wenn auch nur an 1-2 Punkten der Kette geschludert wird.
Trotzdem danke das du hier nicht locker lässt und das so offen und umfangreich darlegst.
Ich werde trotzdem dabei bleiben und meinen "Kunden" keine Karten über 350W TDP mit dieser Stecker/Buchsen Kombi verbauen.
Das darf dann jeder selber und auf eigenen Gefahr erledigen :p

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes

Danke für die nochmalige Bestätigung, dass die Welt so eine Sch..Steckverbindung nicht braucht.

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Wenn dann so etwas dabei rauskommt, dann fragt man sich was die all die Jahre vorher richtig gemacht haben. Es waren auch Steckklemmverbindungen. Aber nicht an der physikalischen Grenze und mit reichlich Reserve. Back to the roots!

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Igor Wallossek

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Vielleicht sollte man ja mal die tolle AI nutzen, um DEN perfekten Stecker zu entwerfen :D

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Gregor Kacknoob

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529 Kommentare 443 Likes

Trifft für mich den Nagel auf den Kopf. Man müsste wohl nach jedem Einstecken ein Benchmark laufen lassen und dabei die Temperatur der Steckverbindung einmal prüfen, um wirklich auf der sicheren Seite zu sein. Klingt sarkastisch, aber nützt ja nichts ^^

Edit:
Und lässt AI die Qualitätskontrolle übernehmen. Was kann da schon schiefgehen :whistle:

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R
RazielNoir

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378 Kommentare 140 Likes

Warum wird am MB und Grafikkarten keine Steckverbindung über flache Metallbahnkontakte und Federleisten verwendet? Sowas wie der SATA-Stromstecker in GROSS? Mechanisch ist die Steckverbindung ja ähnlich wie die alten 4-Pin Molex Stecker und die haben mich immer schon geärgert! Und am MB die Aufteilung in 24Pin und 4 Pin an 2 verschieden Positionen....

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Roland83

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685 Kommentare 528 Likes

Ich fürchte der reine Entwurf an sich ist nicht das Thema. Aber wir sind ja heute alle sehr Serviceorientiert und die Anforderungen der verwöhnten Kundschaft sind halt dementsprechend hochtrabend...
"He Sirilexa - konstruiere mir eine Steckverbindung für 1000W, die soll aber Luios Viutton Weiß sein, maximal 3 Quadratmillimeter groß und mit ARGB Beleuchtung"
Dann müsste man eigentlich höflich formuliert die Antwort erhalten sich doch bitte auf die nächste Toliette zu begeben...
Aber weil die Manager, Marketing und Kunden halt immer König sind und ein einfaches "Heast Deppada des geht ned" heute nicht mehr Gesellschaftsfähig ist nimmt der Wahnsinn seinen Lauf xD

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Xandros

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10 Kommentare 7 Likes

Vielen Dank für diese aufschlussreiche Untersuchungsreihe !
Die Tatsache dass mittlerweile, angesichts der fließenden Ströme, grenzwertig kleine Kontaktflächen und Querschnitte genutzt werden war bereits bedenklich genug. Nun aber auch noch an den, wie du so schön schreibst, Grenzen des physikalisch vertretbaren zu schlampen oder die Spezifizierungen ausdrücklich unscharf zu lassen, erscheint mir als beinahe vorsätzlich eingepflegte Sollbruchstelle.

Es wird schon seine Gründe gehabt haben, warum man die drei 12V-Leitungen auf den PCIe-8Pin-Kabeln samt Kontakten auf maximal je nominal 3x 50W bzw. 5,5A an 12V, also 66W limitiert hat. Soweit hat es damit wohl nie ernsthafte Probleme gegeben. Letztlich wurde die Stromdichte pro Kabel/Kontakt beim 12VHPWR schlicht verdoppelt (Dauerleistung 6x100W), wodurch Übergangswiderstände eine zunehmende Rolle spielen.

Einen schönen Tag allen Foristen

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes

Wir reden hier über 1 kW. Das ist nicht der Rede wert. Dafür gibt es zig Lösungen. Warum wählt man dann so eine grauenvolle Worst-Case-Ausführung? Es ist ja nicht so, dass die Verbindung jeden Tag unterbrochen wird. In einem GPU-Leben vielleicht 20 mal.

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ssj3rd

Veteran

219 Kommentare 155 Likes

Denke damit ist das Thema auch hier (endlich!) mal durch. 🙏

Ansonsten berichtet auch keiner wirklich mehr darüber, dass Thema scheint tot zu sein, selbst bei Reddit ist da inzwischen kaum noch was los. 🥱

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Igor Wallossek

1

10,273 Kommentare 19,012 Likes

ChatGPT Konzept für einen wirklich sicheren 12V-Steckverbinder, Das hat was :D

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Igor Wallossek

1

10,273 Kommentare 19,012 Likes

Ging nicht schneller... :D

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J
JahJah192

Mitglied

31 Kommentare 16 Likes

Toller und wichtiger Artikel, danke dafür!

Finde es absurd das Nvidia gerade bei den gigantischen 4090 Klopper so einen kleinen Stecker nutzt. Die Dinger werden immer größer und die Stecker immer kleiner…da wäre auch noch platz für einen zweiten Anschluss und weniger Grenzbereich gewesen.
Hab bei meiner Suprim penibel genau darauf geachtet das Teil gerade reinzustecken bis es einrastet, schlechte Gefühl bleibt, insbesondere wenn man dann sowas liest.
mMn eine der dümmsten, weil gefährlichsten, Designentscheidungen überhaupt. Muss nicht sein.

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes
RaptorTP

Veteran

325 Kommentare 157 Likes

Mega !
Ich bin da auch völlig bei dir Igor.
Hab zwar schon eine RTX 4070 hier im Hause. Aber natürlich die aus deiner Empfehlung (KFA2) und dem guten alten 8pin !

Ich würde sagen Thema ist durch.
Wenn, dann sollte es ein Artikel für eine Alternative samt Umlöt-Anleitung geben xD

Das würde ich sogar präventiv eher machen als das mir die Karte abschmort und der Hersteller sowieso dann sagt ich seie zu blöd den fragilen Stecker, dessen Design fragwürdig ist, einzustecken.

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Nulight

Veteran

231 Kommentare 155 Likes

Der Stecker hätte doch einfach nur 50% in allen Abmessungen größer sein müssen, ca die Gesamtgröße von zwei alten 6Pin Steckern nebeneinander.
Mehr Platz, mehr Fläche, mehr Querschnitt, läuft.

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Arnonymious

Veteran

192 Kommentare 74 Likes

Toller Hintergrundartikel zu einem immer noch leidigen Thema.

@RaptorTP : Wenn einem die Garantie Wumpe ist, kann man das sicher machen, das sollte keine Hexerei sein. Derzeit habe ich das Problem trotz RTX nicht und hoffe, dass sich das bis zum nächsten Upgrade erledigt hat, egal welcher Couleur mein nächstes Pixelschübserchen sein wird.

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c
cunhell

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556 Kommentare 522 Likes

Warten wir mal ab, was passiert, wenn die 4090 und die anderen Karten, die den Stecker verwenden in den Second-Hand-Pool kommen.
So mancher wird dann wohl noch so seine Überraschung erleben. Gerade die leicht beschädigten Teile könnten beim erneuten Zusammenbauen dann ggf. Probleme machen, selbst wenn sie im Betrieb des Erstkäufers unauffällig waren.
Und da ja viele die Ursache einzig beim User sahen und auch so manche Hardwareseite diese Ursache als gegeben ansah, kommt dann die Aussage, der Zweitkäufer wäre zu doof gewesen und hätte den Stecker falsch bedient.

Cunhell

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echolot

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971 Kommentare 746 Likes

Ich gehe davon aus, dass man den Platz für den Header in Relation zur Platinengröße verkleinert hat. Bei AMD hat sich da nichts geändert.

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Danke für die Spende



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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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