TDP技術

降低CPU功耗的節能技術

TDP是Thermal Design Power的縮寫,中文翻譯為“熱設計功耗”,是反應一顆處理器熱量釋放的指標,它的含義是當處理器達到負荷最大的時候,釋放出的熱量,單位為瓦(W)。

簡介


在電腦上表示的是各個部件的功耗,尤其是電腦的CPU(中央處理器)GPU(圖形處理器).是電腦耗電量的重要指標。是CPU公司對某系列處理器給出的散熱器設計參考的最高功率值。TDP技術就是降低CPU功耗的節能技術。

區別


CPU功耗

CPU的TDP功耗並不是CPU的真正功耗。功耗(功率)是CPU的重要物理參數,根據電路的基本原理,功率(P)=電流(A)×電壓(V)。所以,CPU的功耗(功率)等於流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。顯然CPU的TDP小於CPU功耗。換句話說,CPU的功耗很大程度上是對主板提出的要求,要求主板能夠提供相應的電壓和電流;而TDP是對散熱系統提出要求,要求散熱系統能夠把CPU發出的熱量散掉,也就是說TDP功耗是要求CPU的散熱系統必須能夠驅散的最大總熱量。
CPU廠商越來越重視CPU的功耗,因此人們希望TDP功耗越小越好,越小說明CPU發熱量小,散熱也越容易,對於筆記本來說,電池的使用時間也越長。前些年IntelAMD對TDP功耗的含義並不完全相同。AMD的的CPU集成了內存控制器,相當於把北橋的部分發熱量移到CPU上了,不過Intel的CPU也都集成了北橋晶元和內存控制器,最新的SNB系列處理器還集成了顯示晶元,因此Intel和AMD的TDP的計算方法並不一樣,兩者也在不斷變化。除此之外,TDP值也不能完全反映CPU的實際發熱量,因為的CPU都有節能技術,實際發熱量顯然還要受節能技術的影響,節能技術越有效,實際發熱量越小。

TDP功耗

TDP功耗可以大致反映出CPU的發熱情況,實際上,制約CPU發展的一個重要問題就是散熱問題。溫度可以說是CPU的殺手,顯然發熱量低的CPU設計有望達到更高的工作頻率,並且在整套計算機系統的設計、電池使用時間乃至環保方面都是大有裨益。台式機CPU,TDP功耗超過100W基本是不可取的,比較理想的數值是低於50W,不過市面上TDP低於50W的CPU很少,性能相對也較低。
對於消費者來說當然是cpu的雙功耗越低越好。可惜的是cpu的功耗再降低,顯卡卻越來越高,而總的平台功耗並沒有大幅降低。當CPU的散熱設計功耗(TDP:Thermal Design Power)值最主要是提供給計算機系統廠商,散熱片/風扇廠商,以及機箱廠商等等進行系統時使用的。但是,TDP值並不等同於CPU的實際功耗,更沒有算術關係,在性能相等的情況下,一般TDP越小越好。

信息


CPU的實際功耗沒有捷徑獲得,只能實際測試。實際功耗對最終用戶才有意義。
對於一個系列的CPU,英特爾一般給出一個整體的TDP值,不會為每個系列的不同型號的CPU提供不同的TDP值,所以大家可以看到一大批不同型號的CPU都通用一個TDP值。例如,英特爾已經發布的酷睿2雙核6xxx系列,4xxx系列和奔騰雙核2xxx系列,甚至這些系列後續的新型號,提供的散熱設計功耗(TDP)值都為65W,CPU的主頻跨度從1.6GHz到3.0GHz,甚至將來更高主頻的產品。難道這些CPU的理論最高散熱功耗都為65W(瓦)?不是的。只有將來最高性能的型號在滿負荷的時候可能會達到這個值。
TDP技術
TDP技術

應用


一般TDP主要應用於CPU,CPU TDP值對應系列CPU的最終版本在滿負荷(CPU利用率為100%的理論上)可能會達到的最高散熱熱量,散熱器必須保證在處理器TDP最大的時候,處理器的溫度仍然在設計範圍之內。

技術原因


為什麼要這麼做呢?為了方便系統的設計以及廠商對部件物料的管理。因為散熱片/風扇/機箱廠商以及計算機系統廠商只要設計或採用一套可以幫助CPU散熱達到65W的方案,就可以在系統中採用符合TDP65W的所有CPU。否則,TDP值分得過細,廠商在管理部件上就太紛雜了,要為每一個型號的CPU配備貼切的散熱片/風扇/機箱,為20種型號的CPU準備20種物料?好像沒有人願意這麼做。
最終用戶關注的是CPU的實際功耗,但是實際功耗和實際的應用聯繫在一起,而且和CPU採用的節能技術密切相關,所以無法得到統一的結果,即使有也是典型應用的實際測試值。另外,CPU不能單獨工作,必須和系統在一起的,所以我個人的意見還是要看系統的整體功耗,它才對最終用戶才有實際意義。例如,一個極端的例子,如果花很多精力在降低計算機內部各個部件的能耗,可是忘了選擇一個高轉換效率的機箱電源,如果這個電源輸入功率為300W(瓦),但是交流到直流的轉換效率只有50%,那麼有一半的功耗在轉換過程中就浪費掉了。150瓦不是個小數字!
從TDP是得不出CPU的實際功耗的,用計算機內部各個部件的TDP值相加得出整個系統的功耗,邏輯上似乎沒有任何問題,事實上這項“創舉”已經變成業界的笑談。

功耗計算


PU的實際功耗等於=實際輸入CPU的電流(A)×CPU的實際電壓(V)。
它是供電電壓和電流的乘積。最好的辦法是用精密的功率工具去測試。
另外,籠統地計算一個CPU在一個晝夜24小時反覆運行一組程序,然後計算累計功耗,是非常誤導的測試,因為一個高能效的CPU,可以在相同的時間完成更多的工作。
所以,CPU的實際功耗測試應該是用一組統計出來的程序組合,模擬人們使用計算機的習慣讓計算機運行,如辦公場景,典型的測試軟體為SysMark,家用環境為PCMark,建議用最新的版本。
這樣,性能好節能效果好的CPU,就可以在更短的時間內完成任務,依次進入等待,空閑,休眠,深度休眠等節能狀態。例如,同樣一段高清影片的壓縮,高性能的CPU可以在5分鐘完成,差的CPU需要10分鐘完成。提前完成工作的CPU可以做別的工作,或者在剩下的5分鐘處於低負荷的運行狀態——CPU利用率低,系統功耗就小,甚至進入休眠。對於需要10分鐘完成的CPU,后5分鐘還是需要讓CPU處於高負荷的運行狀態,整個系統都需要處於相對高負荷的狀態,由此可見能耗是無法和高性能的CPU相比的。

技術革新


採用最新工藝,最新架構和最新的節能技術的CPU,都是廠商追求的目標,因為只有這些新技術可以確保高性能低能耗技術的實現。例如,從65納米轉向45納米,每個晶體管可以減低5倍以上的漏電流,每個晶體管性能提高20%以上,驅動電量下降30%以上。如果晶體管的數量上數億個,能節省的功耗就非常可觀了。
採用這些新技術,就是要讓更多的功耗用於CPU實際的運算中。這就好比日光燈和白熾燈,前者電-光轉換效率高達80% 以上,不到20%轉換為熱,白熾燈電-光轉換效率為50%,有一半轉化為熱量了,熱量不是我們要的,白白浪費了。所以同樣是60瓦的日光燈,要比60瓦的白熾燈亮多了,手摸上去也是溫溫的,而白熾燈會燙手的。這就是現在節能燈都是日光燈的原因吧。

CPU舉例


英特爾公司日前宣布推出D-0步進版IntelCeleronD處理器347,352及356型號,新版處理器2007年12月8日供貨。
D-0步進版IntelCeleronD處理器的主要變更點包括:
TDP技術
●CPUID由F64更新至F65
●換用新S-specs(SL9KL,SL9KM,SL9KN)
●散熱設計功率(thermaldesignpower,TDP)由95瓦降低至65瓦
●處理器保護蓋追加06印字(原為05A)
美商超威半導體(AMD)公司2006年上市散熱設計功率(thermaldesignpower,TDP)為65W的節能型雙核心AMDAthlon64X2處理器,產品型號分別為4200+與3800+,零售價約合人民幣3,675元與2,843元。
與89WTDP的標準型相比,節能型的TDP大幅降低至65W,最高工作電壓則從1.35V降至1.25V,其餘規格完全相同;值得一提的是,即將問世的IntelCore2Duo處理器的TDP同為65W,而現有FMB05A/05B規格英特爾雙核心處理器的TDP分別高達95W與130W。
節能型雙核心AMDAthlon64X2處理器4200+的實際工作頻率為2.2GHz,OPN為ADO4200IAA5CU,3800+型號的實際工作頻率為2.0GHz,OPN為ADO3800IAA5CU,皆內含512KBx2二級緩存,兼容於SocketAM2腳位,支持雙通道DDR2內存最高至800MHz。

相關術語


功耗

(功率)
是CPU的重要物理參數,根據電路的基本原理,功率(P)=電流(I)×電壓(U)。所以,CPU的功耗(功率)等於流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。而TDP是指CPU電流熱效應以及其他形式產生的熱能,他們均以熱的形式釋放。

峰值功耗

處理器的核心電壓與核心電流時刻都處於變化之中,這樣處理器的功耗也在變化之中。在散熱措施正常的情況下(即處理器的溫度始終處於設計範圍之內),處理器負荷最高的時刻,其核心電壓與核心電流都達到最高值,此時電壓與電流的乘積便是處理器的峰值功耗。

關係

處理器的功耗與TDP兩者的關係可以用下面公式概括:處理器的功耗=實際消耗功耗+TDP。實際消耗功耗是處理器各個功能單元正常工作消耗的電能,TDP是電流熱效應以及其他形式產生的熱能,他們均以熱的形式釋放。從這個等式我們可以得出這樣的結論:TDP並不等於是處理器的功耗,TDP要小於處理器的功耗。