Hvordan prosessor TDP-rangeringer kan være villedende

Hvis du noen gang har vært i markedet for en CPU, er det en god sjanse for at du kanskje har kommet over en liten vurdering kjent som TDP. Dette er en vurdering som ofte kastes rundt i argumenter eller anbefalinger, og den blir faktisk ganske misforstått. TDP står for "Thermal Design Power", og det er en spesifikasjon som finnes på stort sett alle prosessorer i dag. Den måles i "Watt" og er ment å fortelle brukeren om den maksimale mengden varme prosessoren forventes å levere i et realistisk, men tungt belastningsscenario. De to store CPU-produsentene, AMD og Intel, bruker dette nummeret mye gjennom markedsføringsmaterialet.

Forstå TDP

Så hvorfor er denne TDP-vurderingen så vanskelig å forstå? Vel, en stor del av det har å gjøre med det faktum at TDP ikke er en tett regulert vurdering. Denne vurderingen brukes av Intel og AMD for å referere til mengden varme CPU-kjøleløsningen må forsvinne fra CPUen for å holde den under TJmax. Dette skaper mye grått område i definisjonen av TDP, på grunn av variasjonene introdusert gjennom CPU Boost Algorithms og mangfoldet av kjøleløsninger.

TDP er også forvirrende på grunn av det faktum at det blir annonsert i Watts. Når man ser denne klassifiseringen i watt, kan man lett anta at dette refererer til hvor mye strøm prosessoren er ment å trekke, noe som er et misvisende konsept. TDP refererer faktisk til "Thermal Power Output" snarere enn "Electric Power Draw" som skaper en ny misforståelse blant den vanlige kjøperen.

Varme mot kraft

I motsetning til hva mange tror, refererer TDP-klassifiseringen faktisk ikke til den maksimale mengden strøm som prosessoren kan trekke under belastning. Det er ikke en gang et mål på elektrisk kraft i det hele tatt. TDP er et tall som er "valgt" av AMD og Intel i stedet for beregnet, og det endelige målet er en blanding av nyttig informasjon og markedsføring.

TDP er et tall som er valgt for å tillate kjøligere produsenter å utvikle en kjøleløsning som kan være i stand til å holde nevnte prosessor innenfor normale driftstemperaturer i alle normale brukssituasjonsscenarier. Derfor er den mer rettet mot kjøling av prosessoren i stedet for kraften som prosessoren kan trekke under visse forhold.

Imidlertid er det en sammenheng mellom den termiske effekten som kan sees her og den faktiske effekten som prosessoren kan trekke. Selv om selve TDP-nummeret kanskje ikke er den direkte indikatoren for kraftuttak, kan det indirekte være nyttig å sammenligne kraftuttaket til to prosessorer som bruker samme produksjonsprosess og basert på samme arkitektur. Siden prosessoren med høyere TDP-rangering vil produsere mer varme under belastning, er sjansen stor for at den har en tendens til å trekke mer strøm også fra strømforsyningen. Dermed kan vi si at tallene er koblet sammen, men å si at en prosessor med en TDP-klassifisering på 95 Watt vil forbruke 95 watt strøm under belastning er bare unøyaktig.

En Watt er en Watt

Til tross for de tilsynelatende forskjellene mellom termisk effekt og elektrisk kraftuttak, er en watt fortsatt en watt. Wikipedia definerer watt som "en avledet enhet på en joule per sekund, og brukes til å kvantifisere hastigheten på energioverføring". Denne definisjonen er spesielt nyttig for å forklare bruken av enheten “watt” i TDP-klassifiseringer.

Effekten som trekkes av komponenten måles i watt, mens prosessorens varmeeffekt også måles i watt. Det er viktig å huske at dette ikke er forskjellige enheter som har samme navn. Bruk av watt betyr at den samme energien konverteres fra termisk til elektrisk form. Dette betyr at energien som trekkes av prosessoren (den elektriske kraften) alltid vil være noe høyere enn energien som frigjøres av prosessoren i form av varme (termisk kraft). Forskjellen i energi mellom disse to størrelsene brukes av prosessoren for å utføre sin funksjon.

Hvordan Intel beregner TDP

Misforståelsene om TDP-rangeringene har blitt enda mer utbredt på grunn av at begge de store CPU-produsentene bruker forskjellige måter å velge TDP på. Dette betyr at antallet deres, mens de begge måles i watt, ikke er sammenlignbare med hverandre. Den viktige differensieringen er at Intel bruker prosessorens baseklokke for å velge TDP. Dette betyr at "maksimal varmeeffekt" -vurdering for prosessorene deres bare er gyldig når CPU-en opererer ved baseklokken.

Dette gir en rekke utfordringer i moderne scenarier. De moderne CPUene fra Intel fungerer sjelden ved baseklokken. På grunn av omfattende forsterkningsmekanismer integrert i de moderne sjetongene, og enda mer, overklokkingshøyde som er låst opp av hovedkortfunksjonene som Multi-Core Enhancement, faller den annonserte TDP-klassifiseringen godt under den faktiske kraftuttaket til brikken under vanlig bruk. TDP er en ganske tam estimering av prosessorenes varmeeffekt når det gjelder Intel.

Dette kan også være en utfordring for sluttbrukeren når det gjelder valg av komponenter. En intetanende kjøper kan være tilbøyelig til å kjøpe en mindre PSU eller en svakere CPU-kjøler hvis vederlaget er basert på TDP alene. Selv om det er mulig å kjøre CPUen med en kjøler som er vurdert for sin nøyaktige TDP (95W kjøler for en 95W rangert CPU), vil CPU definitivt skyte forbi sin nominelle TDP så snart noen turbo-boosting-mekanismer er aktivert. Dette kan gi problemer når det gjelder kjøling. Derfor er Intels tilnærming til TDP-klassifiseringene til prosessorene sine litt gjørmere enn AMDs, og gir derfor mer rom for tolkning.

Hvordan AMD beregner TDP

AMD er på ingen måte perfekt når det gjelder prosessen med å tildele TDP-rangeringer til sine CPUer. Den store oppsiden til AMDs tilnærming er imidlertid at AMD måler varmeeffekten til prosessoren ved sin maksimale boost-klokke, i motsetning til Intels tilnærming der den måles ved baseklokken. Dette kan være en noe mer nøyaktig indikasjon på hvor mye varme CPU-en kan levere i vanlige bruksområder.

Det er rapportert at AMDs interne definisjon av TDP er: "Thermal Design Power (TDP) er strengt tatt måling av en ASICs termiske effekt, som definerer den kjøleløsningen som er nødvendig for å oppnå nominell ytelse." Denne uttalelsen er ganske grei. AMD skisserer de grunnleggende kravene til en TDP-rangering for en ASIC (applikasjonsspesifikk integrert krets eller Ryzen-prosessorer i denne sammenheng). Denne retningslinjen fra AMD gir litt mer informasjon til kjølerprodusentene, slik at de kan designe en tilstrekkelig kjøleløsning for de aktuelle CPU-ene.

Det er imidlertid en forvirrende del i uttalelsen fra AMD. AMD refererer til prosessorens “nominelle ytelse” i definisjonen av TDP. Dette betyr i utgangspunktet at TDP-vurderingen bare er gyldig for prosessorer som opererer mellom basefrekvensen og boost-frekvensen. Dette utelukker den potensielle funksjonen for automatisk overklokking av Precision Boost 2.0, som bruker termisk og kraftig takhøyde for å oppnå maksimale boost-klokker som prosessoren er i stand til å treffe, uten å bryte noen kraft og termiske grenser.

AMDs tilnærming inkluderer også en formel for TDP som potensielt kan hjelpe kjøligere produsenter til å tilstrekkelig designe sine kjøleløsninger.

TDP-formel

Formelen gitt av AMD for TDP er som følger:

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

GamersNexus brøt sammen denne formelen i sin rapportering, la oss se hva det betyr:

tFall ° C er definert som følger: “Maksimal temperatur for dys- / varmesprederkrysset for å oppnå nominell ytelse”. Det er rapportert at AMDs interne definisjon er denne: “Maximum case temperature. Maksimal temperatur målt på pakkeplasseringen spesifisert av den aktuelle termiske designveiledningen. ” Tcase max brukes til design av termisk løsning og i termiske simuleringer.
tCase betyr "koffert", som i integrert varmespreder eller IHS, ikke kabinettet til datamaskinen. Spesielt refererer dette til temperaturen på det punktet der silisiumdysen møter IHS. Vær oppmerksom på at dette ikke er "hvor varmt CPU blir", men "hvor varmt kan CPU bli før Precision Boost 2 begynner å strupes tilbake." Lavere tCase ville få lavere TDP i formelen.
Det neste tallet i formelen er tAmbient, som er subtrahend trukket fra minuend tCase før resultatet blir delt av termisk motstand. AMD definerer tAmbient ° C som "maksimal temperatur ved HSF-vifteinntaket for å oppnå nominell ytelse."
HSF refererer til kjøleribben og viften, så CPU-kjøler montert på toppen av prosessoren. Dette er temperaturen i luften rundt varmeavlederen, enten det er på en åpen benk eller i en PC-sak. Lavere tAmbient betyr høyere TDP, men tAmbient er definert av AMD i TDP-formelen og er ikke definert av din egen tAmbient. AMD definerer HSF θca (° C / W) som: Minimum ° C per wattkarakter for kjøleribben for å oppnå nominell ytelse.

Har formelen substans?

Å ha en spesifikk formel for denne brukssaken kan virke som den perfekte løsningen på misforståelsene rundt TDP, men det er faktisk langt fra det. For det første skal det bemerkes at ingen av verdiene i formelen er faste. Alle verdiene er variabler som endres med den aktuelle prosessoren. Dette betyr at tall kan manipuleres etter ønske for å få ønsket TDP-verdi, og TDP-verdien kan manipuleres bare for å få de vilkårlig definerte tallene på høyre side. Dette ble grunnen til at det ble uttalt at TDP-verdiene er "valgt" mer enn "beregnet" av Intel og AMD.

Men la oss se på formelen for å se hva den egentlig betyr. Det ville sikkert være noe vesentlig bak en matematisk ligning? Vel, det viser seg at det faktisk er noen bruk av denne formelen i ferd med å produsere en kjøler for CPU. Formelen dekker i hovedsak faktorene som vil være nødvendige for å oppnå det valgte TDP-målet fra CPU-produsenten. Variablene i formelen har imidlertid ingen betydning for sluttbrukeren.

Inntil nå kan det virke som om TDP-tall bare er noe salgsfremmende jabber som selskapene legger på CPU-boksene sine bare for å villede forbrukeren. Det er imidlertid ikke helt tilfelle. Faktum er at AMD og Intel aldri hevdet at TDP er ment å indikere kraftuttaket til CPU. De lister spesifikt opp TDP som en indikator på termisk effekt, og som en veiledning for kjøleren som kreves for å spre varmen fra CPUen. Misforståelsene rundt TDP stammer fra mange faktorer, særlig bruken av "watt" for å representere termisk kraft, som lett kan misforstås.

Hvordan TDP-tall er nyttige

Du kan være tilbøyelig til å tro at TDP-tallene som er lagt ut av AMD og Intel, ikke har noen betydning for sluttbrukeren. Denne påstanden kan være sant til en viss grad, men det betyr ikke at TDP-tallene er helt ubrukelige. Det er to store fordeler med denne tilnærmingen:

Ulike prosessorer på samme TDP

Den første store fordelen med å lage en TDP-rangering for prosessorene er at AMD og Intel kan jobbe med de andre variablene i TDP-formelen for å oppnå ønsket TDP-mål. Det ble tidligere forklart at variablene i formelen kunne manipuleres etter ønske for å oppnå ønsket resultat. Dette er kanskje ikke så ille i praksis. I virkeligheten betyr dette at produsenten kan velge en rimelig TDP for komponenten, og deretter finjustere komponentens indre for å levere det ønskede resultatet. Dette er en litt forenklet forklaring på hvorfor den formelen er så åpen for manipulasjon.

Variablene i den formelen varierer fra CPU til CPU, mens vi kan se flere CPUer fra både AMD og Intel som deler samme TDP. For eksempel har Ryzen 7 3800X, Ryzen 9 3900X og Ryzen 9 3950X alle samme TDP på 105 watt. Det er klart for alle umiddelbart at Ryzen 9 3950X bruker mest mengde strøm ut av alle CPUene som deler denne TDP. Dette er fordi AMD har oppnådd målet TDP ved å manipulere og finjustere de andre verdiene i formelen, for å få best termisk overføring og termisk effektivitet ved et høyere effektforbruk.

Devising Cooling Solutions

Den andre store fordelen med TDP-rangeringer er faktisk den viktigste grunnen til at TDP-tallene ble valgt i utgangspunktet. Siden TDP er nummeret som er valgt av Intel og AMD for å referere til mengden varme som kjøleren må kunne spre for at CPU-en skal fungere som forutsatt, hjelper denne verdien faktisk kjølerprodusentene med å utvikle tilstrekkelige kjøleløsninger for CPU-ene. Dette sikrer at prosessorer som produseres av produsentene har tilstrekkelige kjølere tilgjengelig i markedet fra både førsteparts- og tredjepartsprodusenter.

Når en ny CPU blir kunngjort, sender AMD / Intel et detaljert dokument til kjøligere designere kalt “Thermal Design Guide”. Denne guiden inneholder all nødvendig informasjon om den aktuelle brikken, inkludert metoden som brukes til å "beregne" TDP for prosessoren. Eventuelle justeringer som er gjort i formelen er også notert i guiden, slik at kjølerprodusenten også kan justere for manipulasjonene. Produsentene står da fritt til å utarbeide egne kjøleløsninger, som deretter blir utsatt for streng testing med de aktuelle CPU-ene. Denne testingen sikrer at kjøleren er i stand til å sikre at brikken kjører på sitt nominelle ytelsesnivå, uten å bryte TJmax.

Kjøligere produsenter på TDP

Produsentene av disse kjøleløsningene er også polariserte på temaet TDP. Det er tydelig at ingen av dem faktisk stoler på tallene som blir lagt ut av AMD og Intel for deres CPUer. På grunn av nivået på justering og manipulering av TDP-formelen, og variasjonen i kraftuttak og termikk på grunn av boostingsteknikker, følger de kjøligere produsentene lite med det faktiske antallet. Produsentene har en tendens til å validere kjølerenes arbeid gjennom egen testing på de aktuelle CPU-ene.

Du har kanskje lagt merke til at kjølerne også har en TDP-rangering. Dette er et annet TDP-nummer som ikke inneholder mye substans når det gjelder virkelige operasjoner. Hvis en kjøler er vurdert for 95W TDP, betyr det ikke nødvendigvis at den vil kunne kjøle en prosessor som også er vurdert til 95W. Det er bare for mange variabler som spilles her for å komme med et så definitivt teppeuttrykk. Cooler-produsenter tester faktisk ut og utvikler sine egne TDP-rangeringer for deres coolers, som kanskje eller ikke samsvarer med rangeringene som AMD og Intel har gitt.

Termisk testing og riktig vurdering bør være det eneste referansepunktet når du kjøper en kjøler til CPUen din. TDP-rangeringer av både CPU og kjøler kan bare være gode til å forvirre den potensielle kjøperen.

Hvis ikke TDP, hva da?

Hvis du er bekymret for strømforbruket til en hvilken som helst prosessor du kanskje vurderer å kjøpe, er det en måte å finne ut nøyaktig det. I stedet for å avhenge av sammensatte TDP-tall som tilbyr lite eller ingen virkelige indikatorer på strømforbruk, bør man alltid se på grundige gjennomganger og termisk ytelse til en bestemt CPU før du kjøper. TDP forteller ikke hele bildet. Det kan være ganske misvisende for kunder som bare ser "watt" skrevet ut ved siden av et tall og antar at det er maksimal effektuttak.

Fullstendige grundige gjennomganger av CPUer og andre komponenter inkluderer vanligvis strømtrekknumrene som måles både fra ATX 12-pinners CPU-kontakt og også fra veggen. Dette gir en veldig nøyaktig ide om kraftuttaket til CPU under forskjellige scenarier. I motsetning til TDP-tallene er kraftuttakstallene som beregnes på denne måten ganske representative for de faktiske tallene du kan forvente å se i normal drift. Disse verdiene tar også hensyn til boostingsalgoritmene og eventuelle out-of-the-box OC-forbedringer som kan aktiveres på visse CPUer. Å dømme kraftuttaket til en CPU på denne måten er langt mer nøyaktig og representativt for faktiske virkelige resultater enn bare å estimere kraftuttaket fra TDP-rangeringene.

Avsluttende ord

Avslutningsvis er det ganske åpenbart at TDP-tallene ikke er representative for kraftuttaket til en CPU i virkelige scenarier. TDP er en vurdering som er mer fleksibel enn de fleste er klar over. For det meste er det et tall som er valgt av AMD og Intel for å gi kjøligere produsenter et bestemt mål, rundt hvilket de må designe sine kjøleløsninger. Det er mye rom for tolkning i denne vurderingen, og dermed fører det til en stor misforståelse. TDP er på ingen måte en nøyaktig representasjon av maksimal effektforbruk for en CPU som de fleste intetanende kjøpere antar.

Rangeringen har i noen tilfeller sin bruk, men det er mer opptatt av kjøling av CPU i motsetning til strømuttak. Kjøligere produsenter er heller ikke enige i bruken av TDP-nummer og formler av både Intel og AMD. De utvikler sin egen metodikk og testing for å sjekke om kjøleløsningen de produserte er tilstrekkelig for en bestemt CPU. Det kan også være unøyaktig å sammenligne TDP-tallene til en CPU direkte med en annen, rett og slett fordi de begge bruker "watt" i klassifiseringssystemet. Sluttbrukeren bør alltid ta hensyn til vurderingene før de tar en kjøpsbeslutning.