Рассеиваемая мощность процессора что это

Обновлено: 06.07.2024

Бывало ли у вас такое, когда только что собранный компьютер или новый ноутбук перегревается? И это притом, что кулер был взят с запасом, а ноутбук по умолчанию должен иметь подходящую систему охлаждения.

В этой статье мы расскажем о том, что такое TDP процессора, и почему это значение в последнее время потеряло свою актуальность. А ещё вы узнаете, на какой параметр нужно смотреть, чтобы не ошибиться с выбором кулера.

TDP (Thermal Power Design) — это тепловая мощность, которую необходимо отводить от процессора во время его работы, измеряется она в ваттах. В теории с помощью этого значения можно подобрать оптимальную систему охлаждения для процессора. Но не всё так просто, и производители нередко хитрят с этим параметром.

Intel и AMD уже более 10 лет используют для своих процессоров технологии авторазгона: Turbo Boost и Precision Boost соответственно. И всё это время в спецификациях процессоров мы видим значение TDP лишь для базовых частот.

Настольные процессоры

Intel использует значения Power Limit 1 и 2 (PL1, PL2). Первое принято делать равным TDP, а второе устанавливает максимальную мощность при авторазгоне. И этим нельзя пренебрегать.

Если вы возьмёте, например, процессор Core i7-10700 c TDP, равным 65 Вт, это не значит, что будет уместен кулер с аналогичной рассеиваемой мощностью. Ведь значение PL2 для этой модели составляет целых 224 Вт. С таким потреблением процессор работает не дольше минуты, потом оно снижается.

Но и это не всё. Некоторые производители прописывают в BIOS/UEFI высокие значения PL1 и PL2. А это означает, что при длительной нагрузке ваш процессор будет потреблять не 65, а все 150–200 Вт. К счастью, значение Power Limit можно перевести из режима Auto в ручной.

Компания AMD на текущий момент использует более разумные рамки. При авторазгоне учитывается значение Package Power Tracking (PPT), равное TDP*1,35. То есть процессор с TDP 65 Вт реально потребляет до 88 Вт. Но при этом потребление процессора может быть близко к PPT даже при длительной нагрузке.

Мобильные процессоры

Для мобильных процессоров также используют параметры PL2 и PPT. Intel зачастую устанавливает PL2=PL1*1,25. Таким образом, 35 Вт фактически означают 44 Вт. А всё потому, что это значение может держаться более 7 минут. Исключение составляют лишь процессоры с TDP 4–6 Вт, для них PL2 гораздо выше и доходит до 15–20 Вт.

Если производитель ноутбука рассчитал систему охлаждения впритык, руководствуясь TDP, то под нагрузкой процессор будет сильно нагреваться (до 90–100 °С). А это, в свою очередь, приведёт к автоматическому снижению частот, чтобы уберечь чип от перегрева.

Утилита Intel XTU может помочь повысить производительность. Теплопакет процессоров Intel лишь в редких случаях бывает занижен, а вот напряжение чипа зачастую можно слегка понизить (Core Voltage Offset). Такая манипуляция позволит процессору работать на более высоких частотах при том же TDP.

С AMD ситуация несколько иная. TDP процессоров Ryzen U-серии нередко занижают. Расширить теплопакет позволит любительская утилита RyzenAdj или Ryzen Controller.

Как узнать TDP процессора

Узнать TDP процессора можно в утилите CPU-Z. Несмотря на то что во вкладке CPU написано Max TDP, это значение справедливо лишь для базовых частот. Не забывайте об авторазгоне — значение PL2 или PPT при выборе кулера будет куда важнее.

Если PPT для процессоров AMD можно рассчитать, то PL2 Intel надо ещё найти. Эта информация обычно доступна в документации к процессорам на официальном сайте. Узнать TDP процессора в данный момент можно, воспользовавшись приложением HWinfo64.

Выводы

Зная, что такое TDP процессора, вы сможете также оценить производительность мобильных моделей. На некоторых ноутбуках этот параметр намеренно занижен, что в итоге не в лучшую сторону сказывается на производительности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Большинство пользователей считает, что прекрасно разбирается в том, что такое TDP, и что отражает этот показатель. Однако, на самом деле, ситуация вокруг этой характеристики намного более сложная и запутанная, чем может показаться на первый взгляд. Мы решили написать статью, чтобы раз и на всегда разобраться в том, что отражает TDP и как он может отличаться.

Что означает TDP?

Величина TDP ( Thermal Design Power ) или Требования по теплоотводу, отражает максимальное количество тепла, которое, как ожидается, будет генерировать ЦПУ или ГПУ при среднем использовании. Значение TDP выражается в Ваттах, и используется в качестве ориентира, для определения необходимого уровня системы охлаждения, для того чтобы избежать перегрева комплектующих.

Для охлаждения Raspberry Pi 4 с энергоэффективным процессором, достаточно небольшого вентилятора Для охлаждения Raspberry Pi 4 с энергоэффективным процессором, достаточно небольшого вентилятора

Например, энергоэффективный ЦПУ с TDP 12 Вт, может охлаждаться очень небольшим кулером или вовсе одним лишь радиатором. С другой стороны, процессору с TDP 95 Вт, понадобиться довольно большой радиатор с хорошим вентилятором. Многие пользователи, также сравнивают этот показатель с реальным энергопотреблением компонентов, но на самом деле это не совсем верно

Поскольку этот показатель основан на тепловой мощности, то рассматривая его, можно лишь сделать предположение о том, как много мощности потребляет тот или иной компонент. Низкий TDP обычно означает и небольшое энергопотребление, что подразумевает меньшее выделение тепла и бо́льшую автономность. Однако, TDP не отражает максимальное энергопотребление. TDP - это, скорее, номинальная величина, которую можно использовать в качестве ориентира.

Более того, каждый производитель выполняет собственное, внутреннее тестирование, и самостоятельно рассчитывает рейтинг TDP для своего оборудования. Поэтому TDP разных производителей сравнивать друг с другом также не совсем корректно. Кроме того, разные чипы, обладают разной предельной температурой - критичной может быть, как 100, так и 40 градусов, а поскольку TDP отражает требования к системе охлаждения, то во втором случае показатель будет выше, потому что кристалл необходимо охлаждать более активно, и, следовательно, иметь кулер способный рассеивать большее количество тепла.

Как отличается TDP у Intel и AMD

Хотя производители и несут ответственность за точное предоставление TDP для своих комплектующих, подходы Intel и AMD несколько отличаются. У процессоров Intel есть три важных характеристики - заявленное значение TDP, базовая частота и частота Turbo Boost. К примеру, у процессора Core i9-10900K, базовая частота равна 3,7 ГГц, а максимальная частота в режиме Trubo Boost составляет 5.3 ГГц, при этом TDP указан 125 Вт.

Вместе с тем, Intel заявляет, что такой TDP гарантируется только при работе процессора на базовой частоте в 3,7 ГГц для всех ядер. Как только ЦПУ достигает более высоких частот, повышается и его TDP. Однако требования TDP для подобных случаев не указаны.

Для других моделей процессоров разница между базовой и Turbo частотой может быть заметно меньше, но этого может быть вполне достаточно для того, чтобы ваша система охлаждения, рассчитанная на номинальный TDP, начала не справляться при длительной работе на повышенных частотах. Поэтому к выбору системы охлаждения следует относиться особенно тщательно, если вы собираетесь купить производительный процессор.

TDP отражает тепловые, а не электрические ватты .
TDP – это конечная величина, которая указывает производителям кулеров, какое тепловое сопротивление приемлемо для кулера, для обеспечения номинальной производительности процессора, указанной производителем.
Тепловое сопротивление радиаторов измеряется в единицах, называемых θca ( первый символ – это буква греческого алфавита Тета ), которые отражают собой градусы Цельсия на ватт.
В частности, θca представляет собой тепловое сопротивление между теплораспределителем ЦПУ и окружающей средой.

Сама формула выглядит следущим образом:

tCase°C: Оптимальная температура для соединения кристалла/крышки распределителя, для достижения номинальной производительности.
tAmbient°C: Оптимальная температура воздуха на входе вентилятора ЦПУ, для достижения номинальной производительности
HSF ϴca(°C/W): Минимальное тепловое сопротивление радиатора, градусов Цельсия на Ватт, необходимое для достижения номинальной производительности.

В качестве примера, приводится расчет TDP для процессора AMD Ryzen Threadripper1950X:

Где 0.133 ϴca - это объективная характеристика AMD для тепловой производительности кулера, при которой можно достичь номинальной производительности процессора.

Другими словами, для Threadripper 1950X, компания считает оптимальной, температуру в 56° и рекомендует кулер с тепловым сопротивлением 0.133 ϴca, что позволит достичь заявленной производительности. Таким образом энергопотребление, при расчете TDP не учитывается вовсе.

Поэтому при выборе процессора, вам стоит учитывать разные подходы компаний в расчёте TDP, и стараться выбирать подходящее охлаждение.

При выборе центрального процессора или кулера для него, в характеристиках можно увидеть такой параметр, как TDP. Многие не обращают на него внимания, но это очень важная характеристика. Зная ее, и понимая что она значит, можно грамотно подобрать систему охлаждения под свой процессор или видеокарту. Если интересно, то читаем далее ⇒

Понятие тепловой расчетной мощности (TDP)

TDP расшифровывается как Thermal Design Power (Тепловая схема питания). Измеряется в ваттах. Технически TDP — это максимальное количество энергии, которое система охлаждения должна рассеивать, чтобы поддерживать работающую микросхему на уровне или ниже ее максимальной температуры.

Например, мы выбрали центральный процессор с TDP 105 Вт. Если процессор идет без кулера, то нам его необходимо докупить. Чтобы это сделать правильно, там надо подобрать такой кулер, в характеристиках которого параметр "рассеиваемая мощность " равен или больше TDP вашего процессора. Лучше брать больше, так как многие производители завышают этот параметр.

Ниже на изображениях, я привел пример не правильного подбора кулера к процессору. Хотя кулер и возможно установить для охлаждения данного процессора, но его мощности будет не достаточно, чтобы обеспечить его работоспособность даже в номинальном режиме, не говоря уж об разгоне.

То же самое можно применить и к видеокарте, если вы меняете на ней систему охлаждения. TDP видеокарт так же указывается в их характеристиках, только несколько заувалировано.

Это может быть типичная мощность или потребляемая мощность. Очень хороший сервис для просмотра характеристик видеокарт и в частности потребляемой ими мощности, находиться тут. Все представлено в табличной форме, наглядно и удобно. В базе около 700 видеоадаптеров.

Некоторые нововведения Intel

Недавно корпорация Интел ввела дополнительный параметр в характеристики своих процессоров Называется он «Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения)».

Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения) — режим работы процессора, при котором поведение и производительность изменяются при уменьшении величины TDP, при частоте процессора на неподвижных точках.

Этот режим обычно используется производителями систем для оптимизации мощности и производительности. Настраиваемая частота TDP (в сторону уменьшения) указывает на среднее значение производительности в ваттах, когда мощность процессора рассеивается (при работе в режиме настраиваемой величины TDP (в сторону уменьшения) в условиях сложной нагрузки, определяемой Intel.

Для нас, обычных пользователей, это сложный для понимания параметр и абсолютно не нужный на практике. Зачем его указывать в характеристиках своих процессоров мне непонятно. Это только создает неразбериху при определении энергопотребления ЦП.

Заключение

Практическая польза от знания TDP того или иного устройства для обычного пользователя заключается в том, что зная его рассеиваемую тепловую мощность, мы не ошибемся при выборе устройства для его охлаждения.

Это позволит нам сэкономить, не переплачивая за более мощную систему охлаждения, которая будет избыточна. А так же убережет от покупки заведомо маломощной системы, которой будет недостаточно для охлаждения процессора или видеокарты.

TDP разогнанного процессора или видеокарты значительно возрастает. Причем, чем сильнее разгон, тем меньше рост производительности на единицу энергопотребления. Учитывайте это. Плохое охлаждение сокращает срок службы электронного устройства.

Процессор рассеивание мощности или блок обработки рассеивание мощности представляет собой процесс , в котором компьютерные процессоры потребляют электрическую энергию , и рассеивать эту энергию в виде тепла из - за сопротивления в электронных схемах .

СОДЕРЖАНИЕ

Управление энергопотреблением

На сегодняшний день разработка процессоров, которые эффективно выполняют задачи без перегрева, является основной задачей почти всех производителей процессоров. Исторически ранние процессоры, реализованные на электронных лампах, потребляли мощность порядка многих киловатт . Современные процессоры в персональных компьютерах общего назначения , таких как настольные и портативные компьютеры , потребляют мощность от десятков до сотен ватт. Некоторые другие реализации ЦП потребляют очень мало энергии; например, процессоры в мобильных телефонах часто потребляют всего несколько ватт электроэнергии, в то время как некоторые микроконтроллеры, используемые во встроенных системах, могут потреблять всего несколько милливатт или даже всего несколько микроватт.

У этого паттерна есть ряд инженерных причин:

Для данного устройства для работы с более высокой тактовой частотой может потребоваться больше энергии. Снижение тактовой частоты или понижение напряжения обычно снижает потребление энергии; также возможно понизить напряжение микропроцессора, сохраняя при этом тактовую частоту.
Новые функции обычно требуют большего количества транзисторов , каждый из которых потребляет энергию. Выключение неиспользуемых областей позволяет сэкономить энергию, например, за счет стробирования часов .
По мере совершенствования конструкции процессоров транзисторы меньшего размера, структуры с более низким напряжением и опыт проектирования могут снизить потребление энергии.

Производители процессоров обычно указывают два значения энергопотребления для ЦП:

типовая тепловая мощность , измеренная при нормальной нагрузке. (например, средняя мощность процессора AMD )
максимальная тепловая мощность , измеренная при наихудшей нагрузке

Например, Pentium 4 2,8 ГГц имеет типичную тепловую мощность 68,4 Вт и максимальную тепловую мощность 85 Вт. Когда процессор простаивает, он потребляет намного меньше, чем типичная тепловая мощность. В таблицах данных обычно указывается расчетная тепловая мощность (TDP), которая представляет собой максимальное количество тепла, выделяемого ЦП, которое система охлаждения компьютера должна рассеивать . И Intel, и Advanced Micro Devices (AMD) определили TDP как максимальное тепловыделение для термически значимых периодов при выполнении несинтетических рабочих нагрузок наихудшего случая; таким образом, TDP не отражает фактическую максимальную мощность процессора. Это гарантирует, что компьютер сможет обрабатывать практически все приложения, не выходя за пределы своего теплового диапазона или не требуя системы охлаждения для максимальной теоретической мощности (что будет стоить больше, но в пользу дополнительного запаса для вычислительной мощности).

Во многих приложениях ЦП и другие компоненты большую часть времени простаивают, поэтому мощность в режиме ожидания значительно влияет на общее энергопотребление системы. Когда ЦП использует функции управления питанием для снижения энергопотребления, другие компоненты, такие как материнская плата и набор микросхем, потребляют большую часть энергии компьютера. В приложениях, где компьютер часто сильно загружен, таких как научные вычисления, производительность на ватт (сколько вычислений выполняет ЦП на единицу энергии) становится более значительной.

Процессоры обычно используют значительную часть энергии, потребляемой компьютером . Другие основные области применения включают быстрые видеокарты , которые содержат графические процессоры и блоки питания . В ноутбуках подсветка ЖК -дисплея также потребляет значительную часть общей мощности. Несмотря на то , что в персональных компьютерах установлены функции энергосбережения на время простоя, общее потребление сегодняшних высокопроизводительных процессоров является значительным. Это резко контрастирует с гораздо более низким энергопотреблением процессоров, разработанных для устройств с низким энергопотреблением.

Источники

Есть несколько факторов, влияющих на энергопотребление ЦП; они включают динамическое энергопотребление, потребляемую мощность при коротком замыкании и потери мощности из-за токов утечки транзисторов :

п c п ты знак равно п d у п + п s c + п л е а k = P_ + P_ + P_ >

Динамическое энергопотребление происходит из-за активности логических вентилей внутри ЦП. Когда логические вентили переключаются, энергия течет, поскольку конденсаторы внутри них заряжаются и разряжаются. Динамическая мощность, потребляемая ЦП, приблизительно пропорциональна частоте ЦП и квадрату напряжения ЦП:

где C - коммутируемая емкость нагрузки, f - частота, V - напряжение.

При переключении логических вентилей некоторые транзисторы внутри могут менять состояние. Поскольку это занимает ограниченное количество времени, может случиться так, что в течение очень короткого промежутка времени некоторые транзисторы будут работать одновременно. В этом случае прямой путь между источником и землей приводит к некоторой потере мощности при коротком замыкании ( ). Величина этой мощности зависит от логического элемента и довольно сложна для моделирования на макроуровне. п s c >

Потребляемая мощность из-за утечки мощности ( ) возникает в транзисторах на микроуровне. Между различными легированными частями транзистора всегда протекают небольшие токи. Величина этих токов зависит от состояния транзистора, его размеров, физических свойств и иногда температуры. Общая величина токов утечки имеет тенденцию увеличиваться с увеличением температуры и уменьшением размеров транзисторов. п л е а k >

Как динамическое энергопотребление, так и энергопотребление при коротком замыкании зависят от тактовой частоты, а ток утечки зависит от напряжения питания процессора. Было показано, что потребление энергии программой демонстрирует выпуклое энергопотребление, что означает, что существует оптимальная частота процессора, при которой потребление энергии минимально для выполняемой работы.

Снижение

Энергопотребление можно снизить несколькими способами, в том числе следующими:

Снижение напряжения - ЦП с двойным напряжением , динамическое масштабирование напряжения , понижение напряжения и т. Д.
Снижение частоты - разгон , динамическое масштабирование частоты и т. Д.
Снижение емкости - все больше интегральных схем, которые заменяют дорожки на печатной плате между двумя микросхемами, с помощью металлических межсоединений на кристалле с относительно меньшей емкостью между двумя секциями одного интегрированного кристалла; диэлектрик с низким k и т. д.
Методы стробирования мощности , такие как стробирование тактовых импульсов и глобальная асинхронная локальная синхронизация , которые можно рассматривать как уменьшение емкости, включаемой при каждом тактовом импульсе, или как локальное снижение тактовой частоты в некоторых частях микросхемы.
Различные методы уменьшения активности переключения - количество переходов, которые ЦП переводит в шины данных вне кристалла, такие как немультиплексированная адресная шина , кодированиешины , такое как адресация кода Грея , или кодирование кэша значений, такое как протокол питания. Иногда для отражения активности в приведенное выше уравнение вводится «коэффициент активности» ( A ).
Жертвуя плотностью транзисторов в пользу более высоких частот.
Наслоение зон теплопроводности в рамках ЦП («Рождественские ворота»).
Переработка хотя бы части этой энергии, хранящейся в конденсаторах (а не рассеивание ее в виде тепла в транзисторах) - адиабатическая схема , логика рекуперации энергии и т. Д.
Оптимизация машинного кода - за счет реализации оптимизации компилятора, которая планирует кластеры инструкций с использованием общих компонентов, можно значительно снизить мощность ЦП, используемую для запуска приложения.

Тактовые частоты и конструкция многоядерных микросхем

Исторически сложилось так, что производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне команд , так что однопоточный код выполнялся быстрее на новых процессорах без каких-либо модификаций. В последнее время, чтобы управлять рассеянием мощности ЦП, производители процессоров отдают предпочтение конструкции многоядерных микросхем, поэтому программное обеспечение необходимо писать многопоточным или многопроцессорным способом, чтобы в полной мере использовать преимущества такого оборудования. Многие парадигмы многопоточной разработки приводят к накладным расходам и не видят линейного увеличения скорости по сравнению с количеством процессоров. Это особенно верно при доступе к разделяемым или зависимым ресурсам из-за конфликта блокировок . Этот эффект становится более заметным по мере увеличения количества процессоров.

В последнее время IBM изучает способы более эффективного распределения вычислительной мощности, имитируя распределительные свойства человеческого мозга.

Перегрев процессора

Процессор может быть поврежден из-за перегрева, но производители защищают процессоры с помощью таких мер безопасности, как дросселирование и автоматическое выключение. Когда ядро превышает установленную температуру дроссельной заслонки, процессоры могут снижать мощность для поддержания безопасного уровня температуры, и если процессор не может поддерживать безопасную рабочую температуру посредством дросселирования, он автоматически отключается, чтобы предотвратить необратимое повреждение.

Читайте также: