Kuinka prosessorin TDP-luokitukset voivat olla harhaanjohtavia

Jos olet koskaan ollut prosessorin markkinoilla, on vankka mahdollisuus, että olet saattanut törmätä pieneen luokitukseen, joka tunnetaan nimellä TDP. Tämä on luokitus, joka heitetään usein argumenteissa tai suosituksissa, ja se ymmärretään itse asiassa melko laajasti väärin. TDP on lyhenne sanoista 'Thermal Design Power' ja se on eritelmä, joka löytyy melkein miltä tahansa prosessorilta nykyään. Se mitataan watteina ja sen on tarkoitus kertoa käyttäjälle suurin mahdollinen lämpö, ​​jonka prosessorin odotetaan tuottavan realistisessa mutta raskaassa kuormituksessa. Kaksi suurta prosessorivalmistajaa, AMD ja Intel, käyttävät tätä numeroa laajasti markkinointimateriaalissaan.

AMD Ryzen 5 3600XT: n TDP-luokitus on 95 W

TDP: n ymmärtäminen

Joten miksi tätä TDP-luokitusta on niin vaikea ymmärtää? No, suurin osa siitä liittyy siihen, että TDP ei ole tiukasti säännelty luokitus. Intel ja AMD käyttävät tätä luokitusta viitaten lämmön määrään, jonka suorittimen jäähdytysratkaisun on haihduttava prosessorista pitääkseen se TJmax-arvon alapuolella. Tämä luo paljon harmaata aluetta TDP: n määritelmään johtuen CPU Boost -algoritmien kautta esitetyistä muunnelmista ja erilaisista jäähdytysratkaisuista.

TDP on myös sekava johtuen siitä, että sitä mainostetaan Wattsissa. Kun näet tämän luokituksen watteina, voidaan helposti olettaa, että tämä viittaa tehon määrään, joka prosessorin on tarkoitus vetää, mikä on harhaanjohtava käsite. TDP viittaa itse asiassa 'lämpötehoon' eikä 'sähkötehoon', mikä luo uuden väärinkäsityksen tavallisen ostajan keskuudessa.

Lämpö vs. voima

Toisin kuin yleisesti uskotaan, TDP-luokitus ei itse asiassa tarkoita enimmäistehoa, jonka prosessori voi käyttää kuormitettuna. Se ei ole edes sähköenergiamittari. TDP on luku, jonka AMD ja Intel 'valitsevat' eikä lasketa, ja sen lopullinen tavoite on sekoitus hyödyllistä tietoa ja markkinointia.

TDP on numero, joka on valittu sallimaan jäähdyttimien valmistajien suunnitella jäähdytysratkaisu, joka pystyy pitämään mainitun prosessorin normaaleissa käyttölämpötiloissa kaikissa normaaleissa käyttötapauksissa. Siksi se on suunnattu enemmän prosessorin jäähdytykseen kuin tehoon, jonka prosessori voi käyttää tietyissä olosuhteissa.

Tässä näkyvän lämpöteholuokituksen ja prosessorin todellisen tehon välillä on kuitenkin yhteys. Vaikka itse TDP-numero ei välttämättä ole suora virrankulutuksen indikaattori, se voi olla epäsuorasti hyödyllinen vertaamalla kahden samaa valmistusprosessia käyttävän ja samaan arkkitehtuuriin perustuvan prosessorin tehonottoa. Koska prosessori, jolla on korkeampi TDP-luokitus, tuottaisi enemmän lämpöä kuormitettuna, on todennäköistä, että sillä on taipumus käyttää enemmän virtaa myös virtalähteestä. Siksi voimme sanoa, että luvut on linkitetty, mutta sanominen, että prosessori, jonka TDP-luokitus on 95 wattia, kuluttaa 95 wattia tehoa kuormitettuna, on vain epätarkkaa.

Watti on watti

Huolimatta ilmeisistä eroista lämpötehon ja sähkötehon välillä, watti on silti watti. Wikipedia määrittelee watin 'johdetuksi yksiköksi yksi joule sekunnissa, ja sitä käytetään kvantifioimaan energiansiirtonopeus'. Tämä määritelmä on erityisen hyödyllinen selitettäessä yksikön 'watti' käyttöä TDP-luokituksissa.

Komponentin vetämä teho mitataan watteina, kun taas prosessorin lämmöntuotto mitataan myös watteina. On tärkeää muistaa, että nämä eivät ole erilaisia ​​yksiköitä, joilla on sama nimi. Watin käyttö tarkoittaa, että sama energia muuttuu lämpömuodosta sähköiseen muotoon. Tämä tarkoittaa, että prosessorin vetämä energia (sähköteho) on aina jonkin verran suurempi kuin energia, jonka prosessori vapauttaa lämmön muodossa (lämpöteho). Prosessori käyttää näiden kahden suureen välistä energiaeroa tehtävänsä suorittamiseen.

Kuinka Intel laskee TDP: n

TDP-luokituksiin liittyvät väärinkäsitykset ovat yleistyneet entisestään johtuen siitä, että molemmat suuret prosessorivalmistajat käyttävät erilaisia ​​tapoja valita TDP: nsä. Tämä tarkoittaa, että vaikka molemmat mitataan watteina, ne eivät ole vertailukelpoisia. Tärkeä erottelu on, että Intel käyttää prosessoreiden peruskelloa valitakseen TDP: n. Tämä tarkoittaa, että niiden suorittimien 'suurin lämmöntuotto' -luokitus on voimassa vain, kun CPU toimii peruskellolla.

Tämä asettaa lukuisia haasteita nykyaikaisissa skenaarioissa. Intelin modernit suorittimet toimivat harvoin peruskellolla. Nykyaikaisiin siruihin integroitujen laajojen nostomekanismien ja vielä enemmän, emolevyn ominaisuuksien, kuten Multi-Core Enhancement, vapauttaman ylikellotuksen ansiosta mainostettu TDP-luokitus laskee selvästi sirun todellisen tehonoton alapuolelle säännöllisen käytön aikana. TDP on melko kesytetty arvio prosessorien lämmöntuotannosta, kun kyse on Intelistä.

Intelin TDP-luokitus voi yhtä suurella virrankulutuksella olla vain, jos tehoraja PL1 on käytössä - Kuva: ExtremeTech

Tämä voi myös olla haaste loppukäyttäjälle komponenttien valinnan suhteen. Epäilemätön ostaja voi olla taipuvainen ostamaan pienemmän virtalähteen tai heikomman suorittimen jäähdyttimen, jos vastike perustuu yksinomaan TDP: hen. Vaikka CPU: ta on mahdollista käyttää jäähdyttimellä, joka on luokiteltu sen tarkalle TDP: lle (95 W: n jäähdytin 95 W: n nimellisprosessorille), CPU ampuu ehdottomasti ohitetun TDP: n ohi heti, kun kaikki turbotehostinmekanismit aktivoidaan. Tämä voi aiheuttaa ongelmia jäähdytyksessä. Tästä syystä Intelin lähestymistapa prosessoreidensa TDP-luokituksiin on hieman mutaisempi kuin AMD: n, ja jättää siksi enemmän tulkinnanvaraa.

Kuinka AMD laskee TDP: n

AMD ei suinkaan ole täydellinen, kun on kyse TDP-luokitusten antamisesta prosessoreille. Suuri ylösalaisin AMD: n lähestymistavassa on kuitenkin se, että AMD mittaa prosessorin lämpötehon suurimmalla tehostuskellollaan, toisin kuin Intelin lähestymistapa, jossa se mitataan peruskellolla. Tämä voi olla jonkin verran tarkempi osoitus lämmön määrästä, jonka keskusyksikkö voi tuottaa normaalissa käytössä.

AMD mainostaa sirujensa virrankulutusta TDP-numeroina esityksessään - Kuva: AMD

On raportoitu, että AMD: n sisäinen TDP-määritelmä on: 'Lämpösuunnitteluvoima (TDP) on tarkasti ASIC: n lämpötehon mittaus, joka määrittelee jäähdytysratkaisun, joka tarvitaan mitoitetun suorituskyvyn saavuttamiseksi.' Tämä lausunto on pohjimmiltaan melko yksinkertainen. AMD hahmottaa TIC-luokituksen perusvaatimukset ASIC: lle (sovelluskohtainen integroitu piiri tai tässä yhteydessä Ryzen-suorittimet). Tämä AMD: n ohje tarjoaa hieman enemmän tietoa jäähdyttimien valmistajille, jotta he voivat suunnitella riittävän jäähdytysratkaisun kyseisille suorittimille.

AMD: n lausunnossa on kuitenkin yksi hämmentävä osa. AMD viittaa prosessorin 'mitoitettuun suorituskykyyn' TDP-määritelmässään. Tämä tarkoittaa pohjimmiltaan sitä, että TDP-luokitus on voimassa vain prosessoreille, jotka toimivat tukiaseman ja tehostustaajuuksien välillä. Tämä sulkee pois Precision Boost 2.0: n mahdollisen automaattisen ylikellotustoiminnon, joka käyttää lämpö- ja tehoavaruutta saavuttaakseen prosessorin maksimaaliset tehostuskellot rikkomatta mitään teho- ja lämpörajoja.

AMD: n lähestymistapa sisältää myös kaavan TDP: lle, joka voi mahdollisesti auttaa jäähdyttimien valmistajia suunnittelemaan riittävästi jäähdytysratkaisunsa.

TDP-kaava

AMD: n TDP: lle antama kaava on seuraava:

TDP (wattia) = (tCase ° C - tAmbient ° C) / (HSF θca)

GamersNexus hajosi tämän kaavan raportoinnissaan, katsotaanpa, mitä se tarkoittaa:

• tCase ° C määritellään seuraavasti: 'Muotin / lämmönlevittimen liitoksen maksimilämpötila nimellistehon saavuttamiseksi'. On raportoitu, että AMD: n sisäinen määritelmä on seuraava: “Suurin mahdollinen lämpötila. Suurin lämpötila mitattuna asianmukaisen lämpösuunnitteluoppaan määrittelemässä pakkauksen paikassa. ' Tcase maxia käytetään lämpöratkaisujen suunnitteluun ja lämpösimulaatioihin.
• tCase tarkoittaa 'koteloa', kuten integroidussa lämmönlevittimessä tai IHS: ssä, ei tietokoneen koteloa. Tämä viittaa erityisesti lämpötilaan pisteessä, jossa piimuotti täyttää IHS: n. Huomaa, että tämä ei ole 'kuinka kuuma keskusyksikkö kuumenee', vaan 'kuinka kuuma keskusyksikkö voi lämmetä ennen kuin Precision Boost 2 alkaa kuristaa takaisin'. Alempi tCase synnyttäisi alemman TDP: n kaavassa.
• Kaavan seuraava numero on tAmbient, joka on vähimmäisjoukko, joka on vähennetty minuend tCase -tuloksesta ennen kuin tulos jaetaan lämpövastuksella. AMD määrittelee tAmbient ° C: n 'maksimilämpötilaksi HSF-puhaltimen tuloaukossa nimellistehon saavuttamiseksi'.
• HSF viittaa jäähdytyselementtiin ja tuulettimeen, joten prosessorin jäähdytin on asennettu prosessorin päälle. Tämä on jäähdytyselementin ympärillä olevan ilman lämpötila, onko se avoimella penkillä tai PC-kotelossa. Alempi tAmbient tarkoittaa korkeampaa TDP: tä, mutta AMD määrittelee tAmbientin TDP-kaavassa eikä oma tAmbient määrittele sitä. AMD määrittelee HSF θca: n (° C / W) seuraavasti: Jäähdytyselementin minimi ° C / watti luokituksen saavuttamiseksi.

Kaavan AMD-määritykset on annettu tässä taulukossa AMD - Kuva: GamersNexus

Pitääkö kaava ainetta?

Erityisen kaavan käyttäminen tälle käyttötapaukselle saattaa tuntua täydelliseltä ratkaisulta TDP: tä koskeviin väärinkäsityksiin, mutta se on itse asiassa kaukana siitä. Ensinnäkin on huomattava, että mikään kaavan arvoista ei ole kiinteä. Kaikki arvot ovat muuttujia, jotka muuttuvat kyseisen prosessorin mukaan. Tämä tarkoittaa, että numeroita voidaan manipuloida haluttaessa halutun TDP-arvon saamiseksi, ja TDP-arvoa voidaan manipuloida vain mielivaltaisesti määriteltyjen numeroiden saamiseksi oikealle puolelle. Siksi todettiin, että Intel ja AMD “valitsevat” TDP-arvot enemmän kuin “laskevat”.

Mutta katsokaamme kaavaa nähdäksesi, mitä se todella tarkoittaa. Varmasti matemaattisen yhtälön takana olisi jotain merkittävää? No, käy ilmi, että tätä kaavaa on tosiasiassa käytetty prosessorin jäähdyttimen valmistusprosessissa. Kaava kattaa olennaisesti tekijät, jotka olisivat välttämättömiä suorittimen valmistajan valitseman TDP-tavoitteen saavuttamiseksi. Kaavan muuttujilla ei kuitenkaan ole merkitystä loppukäyttäjälle.

Tähän asti saattaa tuntua siltä, ​​että TDP-numerot ovat vain joitain myynninedistämistarkoituksia, joita yritykset asettavat CPU-laatikoilleen vain kuluttajan harhaan johtamiseksi. Näin ei kuitenkaan ole täysin. Tosiasia on, että AMD ja Intel eivät koskaan väittäneet, että TDP on tarkoitettu osoittamaan suorittimen virrankulutusta. He nimenomaisesti luetelevat TDP: n lämpötehon indikaattorina ja ohjaimena jäähdyttimelle, jota tarvitaan lämmön johtamiseen prosessorista. TDP: tä koskevat väärinkäsitykset johtuvat monista tekijöistä, erityisesti 'watin' käytöstä lämpötehon edustamiseen, mikä voidaan helposti ymmärtää väärin.

Kuinka TDP-numerot ovat hyödyllisiä

Saatat olla taipuvainen ajattelemaan, että AMD: n ja Intelin julkaisemilla TDP-numeroilla ei ole merkitystä loppukäyttäjälle. Tämä väite saattaa olla jossain määrin totta, mutta se ei tarkoita, että TDP-numerot ovat täysin hyödyttömiä. Tällä lähestymistavalla on kaksi suurta etua:

Eri prosessorit samalla TDP: llä

Ensimmäinen suuri etu prosessoreiden TDP-luokituksen suunnittelussa on, että AMD ja Intel voivat työskennellä muiden TDP-kaavan muuttujien kanssa halutun TDP-tavoitteen saavuttamiseksi. Aikaisemmin selitettiin, että kaavan muuttujia voidaan manipuloida haluttaessa halutun tuloksen saavuttamiseksi. Tämä ei ehkä ole niin huono asia käytännössä. Todellisuudessa tämä tarkoittaa, että valmistaja voi valita komponentilleen kohtuullisen TDP: n ja sitten hienosäätää komponentin sisäosaa halutun tuloksen saavuttamiseksi. Tämä on hieman liian yksinkertaistettu selitys sille, miksi kaava on niin avoin manipuloinnille.

Tämän kaavan muuttujat vaihtelevat suorittimista toiseen, kun taas voimme nähdä useita sekä AMD: n että Intelin suorittimia, joilla on sama TDP. Esimerkiksi Ryzen 7 3800X, Ryzen 9 3900X ja Ryzen 9 3950X jakavat saman TDP-arvon 105 wattia. Kaikille on heti selvää, että Ryzen 9 3950X kuluttaa eniten virtaa kaikista CPUista, jotka jakavat tämän TDP: n. Tämä johtuu siitä, että AMD on saavuttanut tavoitekohtaisen TDP: n manipuloimalla ja hienosäätämällä kaavan muita arvoja saadakseen parhaan lämmönsiirron ja lämpötehokkuuden suuremmalla tehonkulutuksella.

Jäähdytysratkaisujen suunnittelu

TDP-luokitusten toinen merkittävä etu on itse asiassa TDP-numeroiden ensisijainen syy. Koska TDP on Intelin ja AMD: n valitsema numero viitaten lämmön määrään, jonka jäähdyttimen on pystyttävä haihduttamaan suorittimen toimiakseen tarkoitetulla tavalla, tämä arvo auttaa kylmälaitteen valmistajia suunnittelemaan riittävät jäähdytysratkaisut suorittimille. Tämä varmistaa, että valmistajien toimittamilla suorittimilla on markkinoilla riittävät jäähdyttimet sekä ensimmäisen että kolmannen osapuolen valmistajilta.

BeQuiet PureRock Slim -tornijäähdyttimen TDP on ilmoitettu 120 W - Kuva: BeQuiet

Kun uusi keskusyksikkö ilmoitetaan, AMD / Intel lähettää yksityiskohtaisen asiakirjan jäähdyttimien suunnittelijoille, nimeltään “Thermal Design Guide”. Tämä opas sisältää kaikki tarvittavat tiedot kyseisestä sirusta, mukaan lukien menetelmä, jota käytetään prosessorin TDP: n 'laskemiseen'. Kaikki ja kaikki kaavaan tehdyt muutokset on merkitty myös oppaaseen, jotta jäähdyttimen valmistaja voi sopeutua myös manipulaatioihin. Valmistajat voivat sitten suunnitella omat jäähdytysratkaisunsa, jotka sitten testataan perusteellisesti kyseisten suorittimien kanssa. Tämä testaus varmistaa, että jäähdytin pystyy varmistamaan, että siru toimii nimellistehotasollaan rikkomatta TJmax-arvoa.

Jäähdyttimien valmistajat TDP: llä

Näiden jäähdytysratkaisujen valmistajat polarisoituvat myös TDP: n suhteen. On ilmeistä, että kukaan heistä ei todellakaan luota AMD: n ja Intelin suorittimille antamiin numeroihin. TDP-kaavan mukautustason ja manipulointitason sekä tehostustekniikoista johtuvan tehonkulutuksen ja lämpöerojen vaihtelun vuoksi jäähdyttimien valmistajat kiinnittävät vain vähän huomiota todelliseen määrään. Valmistajat pyrkivät vahvistamaan jäähdyttimien toiminnan testaamalla omat prosessorinsa.

Olet ehkä huomannut, että jäähdyttimillä on myös TDP-luokitus. Tämä on toinen TDP-numero, jolla ei ole paljon sisältöä reaalimaailman operaatioissa. Jos jäähdyttimen teho on 95 W TDP, se ei välttämättä tarkoita sitä, että se pystyy jäähdyttämään prosessorin, jonka teho on myös 95 W. Tässä on aivan liian monta muuttujaa, jotta tällaisen lopullisen yleisen lausuman voi tehdä. Jäähdyttimien valmistajat testaavat ja suunnittelevat omat TDP-luokituksensa jäähdyttimille, jotka saattavat olla tai eivät välttämättä vastaa AMD: n ja Intelin asettamia luokituksia.

Lämpökokeiden ja asianmukaisten arvioiden tulisi olla ainoa viite, kun ostat jäähdyttimen suorittimellesi. Sekä suorittimen että jäähdyttimen TDP-luokitukset voivat vain olla hyviä hämmentää potentiaalista ostajaa.

Jos ei TDP, niin mitä?

Jos olet huolissasi minkä tahansa suorittimen virrankulutuksesta, jonka saatat harkita ostavan, voit selvittää tarkalleen sen. Sen sijaan, että valitaan TDP-numerot, jotka tarjoavat vähän tai ei lainkaan todellisia virrankulutuksen indikaattoreita, on aina tarkasteltava perusteellisia arvioita ja tietyn suorittimen lämpötehoa ennen ostamista. TDP ei kerro kokonaiskuvaa. Se voi olla melko harhaanjohtava asiakkaille, jotka vain näkevät numeron viereen painetut 'watit' ja olettavat, että se on suurin virrankulutusarvo.

Suorat perusteelliset prosessorien ja muiden komponenttien katsaukset sisältävät yleensä virrankulutuksen numerot, jotka mitataan sekä ATX 12-napaisesta CPU-liittimestä että seinältä. Tämä antaa erittäin tarkan käsityksen suorittimen virrankulutuksesta eri tilanteissa. Toisin kuin TDP-numerot, tällä tavoin lasketut virrankulutuksen numerot edustavat melko tarkasti todellisia lukuja, joita saatat odottaa normaalikäytössä. Nämä arvot ottavat myös huomioon tehostamisalgoritmit ja mahdolliset OC-parannukset, jotka saattavat olla aktivoituja tietyissä suorittimissa. Suorittimen virrankulutuksen arviointi tällä tavalla on paljon tarkempi ja edustaa todellisempia todellisia tuloksia kuin vain arvioida tehonotto TDP-luokituksista.

Todelliset arvostelunumerot tekevät selväksi, että todellinen virrankulutus ylittää selvästi mainostetut TDP: t - Kuva: TomsHardware

Viimeiset sanat

Yhteenvetona voidaan todeta, että on melko ilmeistä, että TDP-numerot eivät edusta CPU: n tehonottoa todellisissa tilanteissa. TDP on luokitus, joka on joustavampi kuin useimmat ihmiset ymmärtävät. Enimmäkseen se on numero, jonka AMD ja Intel valitsevat antamaan viileämmille valmistajille tietyn tavoitteen, jonka ympärille heidän on suunniteltava jäähdytysratkaisunsa. Tässä luokituksessa on paljon tulkintamahdollisuuksia, ja siten se johtaa suureen väärinkäsitykseen. TDP ei suinkaan tarkkaa kuvaa prosessorin maksimitehosta, kuten useimmat epäilemättömät ostajat olettavat.

Luokituksella on joissakin tapauksissa käyttötarkoituksiaan, joka on kuitenkin enemmän huolissaan suorittimen jäähdytyksestä virrankulutuksen sijaan. Jäähdyttimien valmistajat eivät myöskään ole samaa mieltä TDP-numeroiden ja -kaavojen käytöstä sekä Intelin että AMD: n toimesta. He suunnittelevat oman menetelmänsä ja testauksensa tarkistaakseen, onko heidän tuottama jäähdytysratkaisu riittävä tietylle suorittimelle. Voi olla myös epätarkkaa vertailla suoraan yhden suorittimen TDP-numeroita toiseen, yksinkertaisesti siksi, että molemmat käyttävät luokitusjärjestelmässään 'wattia'. Loppukäyttäjän tulee aina ottaa arvostelut huomioon ennen ostopäätöksen tekemistä.