что такое tdp кулера

Почему процессоры Intel потребляют больше ожидаемого: требования к теплоотводу и турбо-режим

В последнее время сообщество любителей самостоятельной сборки ПК пронизано темой энергопотребления. У новейших восьмиядерных процессоров от Intel показатель TDP заявлен в 95 Вт, однако пользователи наблюдают, как те потребляют 150-180 Вт, что совершенно не имеет смысла. В этой инструкции мы объясним вам, почему это происходит, и почему это доставляет столько проблем авторам обзоров железа.

Что такое TDP (Thermal Design Power, требования к теплоотводу)

Для каждого процессора Intel гарантирует определённую рабочую частоту с определённой мощностью, часто имея в виду определённый кулер. Большая часть людей приравнивает TDP к максимальному энергопотреблению, учитывая, что в расчётах тепловая мощность процессора, которую необходимо рассеять, равна мощности, им потребляемой. И обычно TDP обозначает величину этой мощности.

Но, строго говоря, TDP относится к возможностям кулера по рассеиванию энергии. TDP – это минимальная возможность кулера, гарантирующая указанную эффективность. Часть энергии рассеивается через сокет и материнскую плату, а значит, рейтинг кулера может быть ниже TDP, но в большинстве обсуждений TDP и энергопотребление обычно означали одно и то же: сколько энергии процессор потребляет под нагрузкой.

В рамках системы TDP можно установить в прошивке. Если процессор использовал TDP в качестве максимального ограничения по мощности, то мы бы увидели, как та же измерительная программа выдаёт подобные графики для процессоров высокой мощности с несколькими ядрами.

В последние годы Intel использовала именно такое определение TDP. Для любого заданного процессора Intel гарантировала рабочую частоту (базовую частоту) для конкретной мощности – TDP. Это значит, что процессор типа 65 Вт Core i7-8700, с обычной частотой 3,2 ГГц, и 4,7 ГГц в турбо-режиме, гарантированно будет потреблять до 65 Вт только при работе на частоте в 3,2 ГГц. Intel не гарантирует эффективной работы выше указанных 3,2 ГГц и 65 Вт.

Кроме базовых показателей, Intel также использует турбо-режим. Что-то вроде Core i7-8700 может показывать в турбо-режиме 4,7 ГГц, и потреблять при этом гораздо больше энергии, чем процессор, работающий на 3,2 ГГц. Турбо-режим для всех ядер на процессоре Core i7-8700 работает на частоте 4,3 ГГц – куда как больше гарантированной 3,2 ГГц. Ситуация усложняется, когда турбо-режимы не опускаются до базовой частоты. То есть, если процессор будет работать с постоянным превышением TDP, купленный вами кулер на 65 Вт (или тот, что шёл в комплекте) станет узким местом. Если вам нужно больше быстродействия, такой кулер надо выкинуть и взять что-то получше.

Однако производитель вам этого не сообщает. Если охлаждения для турбо-режимов будет недостаточно, а процессор достигнет температурного потолка, то большая часть современных процов перейдут в режим ограничения мощности, уменьшив быстродействие с тем, чтобы оставаться в рамках заданного энергопотребления. И в результате быстрый процессор не достигает пределов своих возможностей.

Значит, TDP ничего не значит? Почему это стало проблемой только сейчас?

За последнее десятилетие методика использования термина TDP не поменялась, а вот процессоры начали по-другому использовать свой энергетический бюджет. Недавнее появление шести- и восьмиядерных потребительских процессоров с частотами за 4 ГГц означает, что новые процессоры с большой загрузкой превышают заявленное TDP. В прошлом мы видели, как четырёхядерные процессоры с обозначенным рейтингом в 95 Вт использовали только 50 Вт даже под полной нагрузкой в турбо-режиме. И если мы добавляем ядра, а обозначение TDP на упаковке не меняем, то что-то должно поменяться.

Тайные цифры, которых нет на упаковке

Внутри каждого процессора Intel определяет несколько уровней энергии на основе возможностей и ожидаемых рабочих режимов. Однако все эти уровни энергии и возможности можно подстраивать на уровне прошивки, в результате чего OEM-производители решают, как эти процессоры будут работать в их системе. В итоге значение потребления энергии процессором в системе оказывается весьма размытым показателем.

Для простоты можно следить за тремя важными значениями. Intel называет их PL1 (уровень энергии 1), PL2 (уровень энергии 2) и T (Tau).

PL1 – эффективное равномерное ожидаемое потребление энергии в долгосрочной перспективе. По сути, PL1 обычно определяется, как TDP процессора. То есть, если TDP равно 80 Вт, то PL1 равно 80 Вт.

PL2 – краткосрочное максимальное потребление энергии процессором. Эта величина выше PL1, и в это состояние процессор переходит под нагрузкой, что позволяет ему использовать турбо-режимы вплоть до максимального значения PL2. Это значит, что если Intel определила несколько турбо-режимов у процессора, они будут работать, только когда PL2 доходит до максимального энергопотребления. В режиме PL1 турбо не работает.

Tau – временная переменная. Она определяет, как долго процессор должен оставаться в режиме PL2 перед тем, как откатиться на PL1. Tau не зависит от мощности и температуры процессора (ожидается, что при достижении температурного ограничения будет использоваться другой набор сверхнизких значений напряжения и частоты, а система PL1/PL2 перестаёт работать).

Вот официальные определения от Intel:

Давайте разберём ситуацию большой нагрузки на процессор.

Сначала он начинает работу в режиме PL2. Если нагрузка однопоточная, мы должны достичь верхнего значения турбо, которое обозначено в спецификации. Обычно энергопотребление одного ядра не приблизится к значению PL2 всего чипа. Если мы будем продолжать нагружать ядра, процессор отреагирует, уменьшая частоту турбо-режима в соответствии с по-ядерными значениями, определяемыми Intel. Если энергопотребление процессора достигает значения PL2, то его частота изменяется так, чтобы не выходить за рамки PL2.

Когда система находится под серьёзной нагрузкой долгий промежуток времени, «Tau» секунд, прошивка должна перейти на PL1 как на новое ограничение по мощности. Таблицы турбо перестают применяться – они работают только с режимом PL2.

Если потребление выходит за пределы PL1, тогда частота и напряжение изменяются так, чтобы потребление энергии оставалось в этих пределах. То есть процессор целиком уменьшает частоту от состояния PL2 до состояния PL1 на время работы под нагрузкой. Это значит, что температура процессора должна уменьшиться, и это должно увеличить время жизни процессора.

Режим PL1 работает, пока не исчезнет нагрузка, и ядро не перейдёт в состояние бездействия на определённое количество времени (обычно до 5 секунд). После этого режим PL2 снова может быть включён при появлении другой большой нагрузки.

Приведём примеры некоторых величин – Intel перечисляет несколько вариантов в спецификациях различных процессоров. Для примера я взял Core i7-8700K. Для этого проца верно следующее:

PL1 = TDP = 95 Вт
PL2 = TDP * 1.25 = 118.75 Вт
Tau = 8 сек

В данном случае система должна суметь разогнаться до 119 Вт на восемь секунд, а потом снова откатится назад до 95 Вт. Так работает уже несколько поколений процессоров Intel, и по большей части, это не имело особого значения, поскольку энергопотребление процессора целиком часто оказывалось сильно ниже значения PL1 даже под полной нагрузкой.

Однако вся ерунда начинается, когда в игру вступают производители материнских плат, поскольку PL1, PL2 и Tau можно настраивать в прошивке. К примеру, на графике выше можно снять ограничения с PL2, а PL1 назначить 165 Вт и 95 Вт.

Мир случайных чисел

В основном я буду говорить о потребительской электронике. Часто PL1, PL2 и Tau тщательно контролируются в таких ограниченных по охлаждению условиях, как ноутбуки или небольшие ПК. Я знаком с несколькими мощными, и в то же время стильными вариантами ПК, у которых PL2 также приравнивали к TDP, чтобы процессор смог немного разогнаться, но не до такой степени, чтобы нагрузка одного-двух ядер выходила за пределы TDP.

Однако в наших обзорах CPU после распространения шестиядерных процессоров мы часто начали видеть цифры гораздо большие, чем PL1 или PL2, и это потребление продолжается сколь угодно долго, если только не выходит за пределы ограничений температуры. Почему это происходит?

Зачем производители так поступают? Тому может быть много причин, хотя конкретные причины у конкретных производителей могут разниться.

Во-первых, это означает, что пользователь может поддерживать турбо-режим постоянно, и каждое ядро будет работать в режиме турбо каждую секунду. Результаты измерений быстродействия будут доставать до небес, в обзорах или когда пользователя меряются показателями, всё выглядит прекрасно,

Во-вторых, продукты для этого и разрабатываются. Intel часто с каждым запуском определяет спецификацию мат.платы по умолчанию (у них даже были свои материнки, которые они продавали в розницу), с определённым количеством фаз питания и с ожидаемым временем жизни. Производители, очевидно, могут внедрять свои варианты: больше фаз питания, более мощные фазы, особый подвод питания для улучшения эффективности, и т.д. Если их плата может поддерживать турбо-режим всех ядер беспрерывно, то почему бы и нет?

В-третьих, производители более дорогих моделей плат знают, что энтузиасты будут использовать для них улучшенные системы охлаждения. Если процессор потребляет более 160 Вт, а у пользователя есть приличная система охлаждения, тогда турбо-режим на всех ядрах улучшит впечатление от продукта. Стандарты Intel определяются для рекомендованных компанией кулеров.

Так как же правильно, кому доверять, в чём разница?

Intel назначает стандарты для своих запчастей. PL1, PL2, Tau, схема материнки, настройки прошивки – для всего есть значения по умолчанию, рекомендованные Intel. Некоторые из них публичные, например, те, что Intel указывает в документах, некоторые – конфиденциальные (и Intel нам о них не расскажет, как бы мы ни упрашивали). Однако это всё же рекомендованные значения. А по итогам, производители материнских плат могут делать всё, что им заблагорассудится. И они так и делают.

В результате, к примеру, мне тестировать оборудование из-за этого становится сложнее. Разным пользователям захочется, чтобы наши настройки были:
1. Рекомендованными Intel,
2. Как из коробки,
3. Вывернуты на максимум.

И, естественно, рекомендации Intel дадут куда как меньшие показатели, чем «из коробки», а вариант «вывернуты на максимум» говорит сам за себя.

Стоит отметить, что до сих пор во всех тестах во всех обзорах CPU железо запускалось на настройках «из коробки», а не «рекомендованных Intel».

Чтобы дать некий контекст по значениям измерений, мы использовали мощный CPU и
получили следующие результаты в 25-30 секундном тесте с полной нагрузкой:

В последнее время было замечено, что некоторые производители материнских плат меняют свою стратегию по PL1/PL2/Tau, и урезают значение Tau до чего-то разумного, вроде 30 секунд. При запуске измерений скорости на таких материнских платах, пользователи получают результаты меньше, чем обычно, хотя эти результаты оказываются ближе к спецификациям Intel.

Дело в том, что когда на материнских платах стоит значение Auto, производитель обычно не раскрывает точную величину этого значения. В результате описывать работу такого оборудования очень тяжело. А ещё эти значения могут меняться в зависимости от установленного процессора.

Мы обычно проводим тестирования с настройками «из коробки», за исключением памяти, с которой мы используем значения, рекомендованные производителем. Мы считаем, что это наиболее честный способ сообщать читателям о том, на какую скорость они смогут рассчитывать, когда практически никакие настройки не менялись. В реальности это обычно означает, что PL2 установлено в какое-то очень большое значение, а Tau – в очень долгое. Мы постоянно сталкиваемся с режимом турбо, пока температура остаётся в установленных пределах.

Сегодняшняя ситуация, и что мы можем с ней сделать

Давно хотел написать подобную статью, по меньшей мере, с момента запуска Kaby Lake. Большая часть процессоров в потребительских материнских платах работает с неограниченным PL2, и это считалось нормальным годами. И только по результатам тестирования Core i9-9900K мы начали замечать нечто странное. В нашей статье на прошлой неделе по поводу нового Xeon E написано, что наша материнская плата Supermicro буквально следует рекомендациям от Intel. Может показаться очевидным, что более коммерческая/серверная плата будет следовать спецификациям от Intel, но вживую я лично видел такое впервые. Очевидно, что потребительские платы по таким спецификациям не работают, и не работали. Я бы сказал, что собственные результаты тестирования от Intel (и результаты тестирования процессоров Intel от AMD) на потребительских материнках тоже не соответствуют спецификациям от Intel.

Таким образом Intel и другие смогут объяснить пиковое потребление и базовую частоту.

Если пользователи хотят, чтобы потребительские материнские платы изменились, то это будет сложнее сделать. Все производители хотят опередить друг друга, поэтому мы сталкиваемся с такими вещами, как опция Multi-Core Turbo, включённая по умолчанию. Производители предпочитают путь «неограниченного PL2», поскольку это позволяет им пролезать на вершины чартов быстродействия. А вот в ноутбуках с ограниченными возможностями по охлаждению часто заданы свои варианты PL1, PL2 и Tau, и часто они строго соответствуют этим параметрам.

Вопрос в том, насколько спецификации от Intel важны для настольных процессоров от Intel? Если нам надо следовать этим рекомендациям буквально, может, мы сделаем ещё один шаг, и будем использовать только стоковые кулеры?

Источник

Что такое TDP у процессора и видеокарты?

Содержание

Содержание

Возможно, при выборе процессора, видеокарты или системы охлаждения вы видели буквы TDP в характеристиках устройства. Сегодня попробуем разобраться что же скрывается за этой аббревиатурой, какое отношение она имеет к температуре и энергопотреблению.

Абревиатура TDP (Thermal Design Power) обозначает конструктивные требования по теплоотводу или просто требования по теплоотводу для системы охлаждения. Если проще, TDP служит ориентиром для выбора системы охлаждения и отображает количество тепла, выделяемое устройством во время среднестатистической нагрузки. Значение TDP выражается в ватах, и вот тут зачастую возникает путаница между TDP и энергопотреблением.

Многие принимают TDP за энергопотребление. И нельзя сказать, что это в корне неверно, так как у TDP и энергопотребления есть взаимосвязь, но значение TDP, указанное производителем, несет несколько иной смысл. Значение TDP относится к тепловым ваттам, а не к электрическим. TDP не показатель электрической мощности, а всего лишь спецификация для системы охлаждения.

Разберем подробнее, что же означает TDP

TDP — это значение, которое используют в очень широком смысле Intel и AMD для обозначения информации о тепловыделении своих продуктов. По большому счету, TDP — это просто рекомендация по выбору системы охлаждения, чтобы процессор нормально функционировал.

TDP — это не какой-то конкретный показатель, как энергопотребление, это больше абстрактное значение, посчитанное производителями по собственной формуле во время работы процессора в определенных условиях и нагрузках. Какие это были условия и какая нагрузка, никто, конечно, не уточняет, но эти тестирования проводятся явно не с максимальной нагрузкой.

Именно поэтому при покупке процессора с заявленным TDP 95 Вт и системы охлаждения с заявленным производителем TDP 95 Вт не значит, что процессор не будет подвержен перегреву при ваших условиях эксплуатации.

Так как процессор при работе почти 100% потребляемой энергии переводит в тепловую энергию, можно сказать, что энергопотребление и тепловыделение — это равные значения.

Заявленный TDP не отображает энергопотребление и производительность

Разные производители рассчитывают требования по отводу тепла для своих устройств по-разному, поэтому величина не может напрямую использоваться для сравнения энергопотребления процессоров, особенно в контексте разных архитектур и разных производителей.

Например, процессор потребляет 100 Вт с максимальной рабочей температурой до 95°С, у другого процессора такое же потребление, но его максимальная рабочая температура составляет всего 75 °С. Очевидно, что для процессора 2 потребуется более мощная система охлаждения, соответственно, производитель укажет более высокий TDP, при этом уровень энергопотребления будет одинаковым.

Зачастую требования по теплоотводу заявляются даже для целого семейства процессоров.

Например, Intel для Core i9 10900K, Core i7 10700K и Core i5 10600K для всех трех моделей указывает TDP 125 Вт, в то время как рассеивать тепла системе охлаждения с младшими моделями придется значительно меньше.

Так же существенно отличается между собой энергопотребление и производительность этих процессоров.

Помимо этого, процессоры Intel Core i9 10900K с заявленным TDP 125 Вт могут легко потреблять во время работы 200, а то и все 250 Вт.

Все дело в том, что в штатную работу процессоров начинают вмешиваться производители материнских плат, намеренно увеличивая производительность выше номинальной, чтобы их продукт смотрелся лучше на фоне продуктов конкурентов.

Компания AMD так же указывает одно значение TDP для продуктов с разным уровнем производительности.

Например, Ryzen 3700X имеет TDP 65 Вт, в то время как младшая модель Ryzen 3600 имеет точно такое же TDP, а модель 3600X и вовсе 95 Вт.

Энергопотрбеление процессоров AMD так же сильно далеко от максимального значения TDP указанного производителем, при работе процессор Ryzen 2700X без каких-либо манипуляций с Bios может легко потреблять 160–170 Вт энергии при Max TDP 105 Вт.

И только при отключении в Bios «Precision Boost Overdrive» энергопотребление начинает соответствовать значению TDP, но это уже не работа по умолчанию.

TDP и разгон

Во время разгона компонентов, будь то процессор или видеокарта, увеличивается их энергопотребление и, следовательно, увеличивается требование к системе охлаждения (TDP). Рост энергопотребления во время разгона может достигать 30, а то и 50% от базовых значений, соответственно и требования по охлаждению вырастут пропорционально.

Но и тут все не так просто. Если говорить про разгон в контексте энергопотребления, то ручная установка напряжения и частоты может понизить энергопотребление процессора во время работы и соответственно снизит требования по охлаждению.

Например, процессор Ryzen 2700X в стоке потребляет 140 Вт и работает на частоте 4000 МГц при прохождении бенчмарка Cinebench R20. Во время ручного разгона процессор так же работает на частоте 4000 МГц, но потребляет всего 115 Вт. Результат производительности в обоих случаях идентичный.

AMD Ryzen 7 2700X Default

AMD Ryzen 7 2700X Overclocking

TDP у видеокарты

Для обычных пользователей TDP видеокарты не имеет такого большого значения, как TDP для процессоров. Все видеокарты уже комплектуются системами охлаждения от производителя, где проверяются на эффективность отвода тепла при максимальных и длительных нагрузках с конкретной видеокартой. Безусловно, можно заменить систему охлаждения на более производительную, но в этом случае вы скорее всего лишитесь гарантии, плюс дополнительно потратитесь на систему охлаждения. Лучше изначально выбирать видеокарту с более производительной системой охлаждения, это не только обеспечит лучшее охлаждение, но может и повысить производительность.

Выводы

При выборе системы охлаждения для процессора нужно отталкиваться от значения TDP, указанного производителем устройства, однако покупать охлаждение лучше всего с запасом минимум 50% от заявленного TDP. А если вы решите заняться разгоном, то к выбору системы охлаждения нужно подойти еще тщательнее.

TDP — достаточно важный параметр, но сейчас это больше маркетинговый термин, из-за чего каждая из компаний старается указать наименьше значение для своего изделия. А с учетом того, что в работу процессора вмешиваются производители материнских плат, это значение утратило свое первоначальное обозначение.

TDP заявлен один, энергопотребление — совершенно другое, а брать систему охлаждения нужно с запасом на 50% от заявленного TDP.

Все это только вводит покупателя в заблуждение нежели помогает с выбором охлаждения. Было бы куда проще если бы указывался максимальный TDP или энергопотребление для изделия, нежели какое-то абстрактное значение.

Источник

TDP — Thermal Design Power

Те, кто знаком с принципом Ландауэра, в курсе, что при проведении необратимых вычислений обязательно выделяется тепло, не меньшее чем k*T*ln2, а разбирающиеся в электронике подтвердят, что на самом деле эта величина на порядки больше в связи с наличием сквозного тока при переключении КМОП пары, паразитных токов утечки и сопротивления металлических межсоединений. Что же касается рядовых пользователей, то они просто привыкли к тому, что процессоры при работе греются и выделяют тепло.

Итак, знакомьтесь — TDP. Как видно из заголовка, TDP расшифровывается как «Thermal Design Power». Эта величина показывает максимальное количество тепла, которое должна рассеивать система охлаждения чипа.
Производители принимают ее равной максимальной мощности, которую потребляет чип. Потребляемую мощность проще измерить, и в конце концов вся она (за исключением пренебрежимо-малого электромагнитного излучения) будет рассеяна в виде тепла.

История Desktop-процессоров в разрезе TDP

Небольшой экскурс в историю систем охлаждения

Уже в эпоху первого процессора Pentium, компьютеры стали использовать активное охлаждение, которое представляло собой смешных размеров радиатор и такой же «пропеллер».

_{на фото Intel Pentium 200 MMX со снятым вентилятором}

Можно было обойтись и пассивным охлаждением, используя чуть более развитой радиатор, но в те времена не слишком заботились о бесшумности. Конечно, одним кулером процессора дело не ограничивалось, винчестеры и блоки питания давали существенный вклад в общий шум системы.
Системы охлаждения плавно развивались параллельно с ростом тепловыделения процессоров и наконец…

В эпоху процессоров Pentium 4 получили свое развитие монструозные кулеры и альтернативные способы охлаждения: жидкостные, криогенные, нитрогенные. Для интересующихся историей, приведу ссылку на статью «Кулеры миллениума» за авторством товарища LIKE OFF от 2001 года.

В наше время низкий шум для ПК имеет большое значение, многие энтузиасты стараются собрать компьютер максимально бесшумным, в идеале с полностью пассивным охлаждением.
Это вполне посильная задача. В таких случаях чаще всего используют процессор с TDP не более 40W. Можно выбрать модель с большим TDP и понизить ее частоту и напряжение на ядре. (Мощность пропорциональна частоте и квадрату напряжения питания).
В результате может получиться что-то подобное:

При TDP больше 50W обойтись без активного охлаждения уже сложно. Даже если процессорное охлаждение пассивно, нужна хорошая циркуляция воздуха внутри корпуса.

Поведение процессора при перегреве

У тех, чье знакомство с компьютерами началось достаточно давно, наверняка осталось в памяти легендарное видео от команды Tom’s Hardware. (Приводить ссылку на него я не могу по идеологическим соображениям). Эти ребята выяснили, что случится с процессором, если он во время работы лишится системы охлаждения. Ситуация на самом деле вполне возможная: кулер может отвалиться при транспортировке, или в системе охлаждения может сломаться вентилятор. Ну и наконец, наиболее часто встречающаяся проблема, когда термоинтерфейс между процессором и системой охлаждения со временем теряет свои теплопроводящие свойства.
Что произойдет, когда температура процессора превысит предельную? Очевидно, ничего хорошего, но некоторая самозащита у процессора все-таки есть. Начиная с Pentium 4, при достижении температуры порядка 90°C включится так называемый throttling: процессор начнет пропускать такты, замедляя свою работу и снижая тепловыделение. Конечно, оставшись без охлаждения, процессор не сможет обеспечить даже мало-мальски приемлемой производительности.

Мобильные вычисления.

Для ноутбуков главный аспект TDP — это потребляемая мощность, ведь она оказывает непосредственный влияние на время автономной работы. TDP процессоров Atom, чаще всего применяемых в нетбуках, находится в диапазоне 2-10W, а большинства процессоров для ноутбуков — 15-40W.
По моим оценкам, основанным на сетевых изысканиях, 15″ ноутбук с дискретной графикой и процессором с TDP 35W в целом потребляет около 80W. Можно оценить вклад процессора в общее энергопотребление ноутбука как 30-40%. Конечно, это верно только при максимальной нагрузке на процессор. Большую часть времени процессор отдыхает, в дело вступают технологии энергосбережения, и его доля в общем энергопотреблении уменьшается.
Отметим, что несмотря на малое TDP мобильных процессоров, эффективное охлаждение внутри тесного корпуса реализовать подчас проблематично, поэтому перегрев у ноутбуков встречается даже чаще, чем у десктопов.

Источник