超能课堂：TDP功耗与处理器功耗有啥不同？

对于TDP功耗，我们之前已经介绍了超级能源类别中的TDP，TBP和GCP功耗（5 5)：揭开功耗面纱，TDP / TBP / SDP / ACP？然而，截至2018年的今天，仍然有许对TDP功耗存在误解，他们不仅将TDP功耗视为处理器的标称功耗，而且还是一个关键问题-处理器的实际功耗。它是比TDP更低或更高的功耗吗？真的没有多少人可以回答这个问题。

对于TDP功耗，许多经常阅读文章的读者都知道TDP功耗不等于处理器功耗。对于一些不了解TDP含义的读者，我们热心的读者已经开始向他们学习TDP的科学意义，例如以下同学：

学生Badaozhai说，TDP不是最大功耗，它是散热设计功耗。 250W TDP处理器的峰值功耗必须远远超过TDP功耗。他评论的文章是32超频后核心Threadripper 2990WX处理器的峰值功耗超过1000W，远高于TDP功耗。

在当今的超级能源课程中，我们将更多地讨论TDP功耗和处理器功耗。阅读本文之后，每个人都将不再对TDP功耗有任何误解。

处理器的TDP功耗是多少？它是怎么来的？

让我们首先谈第一个问题，什么是TDP功耗-TDP是Thermal Design Power热设计功耗，还有另一种说法是Thermal Design Point，后者几乎没有存在感，因此大多数TDP仍然与功耗有关，但是此功耗指标主要用于散热器。以Core i7-8700K处理器为例。其TDP为95W，这意味着散热器需要提供不小于95W的散热能力。

作为热设计功耗，TDP具有明确的测试条件。以Intel为例，TDP是基本配置下的最高Tcase温度（Tcase温度是处理器IHS允许的最高温度，低于内核温度Some），是在VDD电压，特定的TDP测试条件下测得的。第八代Core处理器如下：

以Core i7-8700K处理器为例。它的TDP测试条件是3. 6至3. 7GHz频率和核心显示1. 15至1. 2GHz，但是这里的TDP功耗不是Tcase温度，该指标对TDP的影响很大， Tcase的温度不是固定的。继续阅读英特尔的官方文档。 LPM低功耗模式TTV TDP（热测试车TDP）中的第八代Core处理器的功耗如下：

此处TTV Tcase的最高温度为65°C，这意味着在低功耗模式下的Core i7-8700K可在基本频率低于65°C的情况下达到95W TDP。

还有一点需要注意。 TDP功耗测试不仅要运行基本频率，而且还不涉及处理器的AVX浮点测试，而浮点单元现在占CPU功耗的大部分，运行不同应用程序的功耗巨大差距是由这个因素引起的。

从综合的角度来看，我们对TDP的看法如下：

·TDP是散热设计功耗，不等于处理器功耗，而是处理器的散热功耗。英特尔强调，这不是处理器的最大功耗。

·计算TDP功耗，不同的处理器具有不同的算法，并且在基本配置下运行的主要是非AVX应用程序。

·Tcase温度对TDP的影响很大，因为TDP本质上与散热有关。

·TDP测试的持续时间很短，与通常的压力测试不同。

·TDP功耗水平无法判断处理器的好坏。有时，更好的TDP意味着更高的性能。

TDP功耗可以代表处理器功耗吗？真正的功耗是低于还是高于它？

尽管我们反复强调TDP功耗并不代表处理器的实际功耗，但仍有许使用它来指代处理器的功耗。实际上，这种说法不可能是完全错误的。出现此问题的根本原因是没有公认的指标可以衡量处理器的功耗，而TDP功耗在某种程度上代表了处理器的功耗极限，因为TDP几乎是处理器中的功耗。最糟糕的情况。日常使用中，处理器的负载不一定高于TDP测试中的负载，因此在大多数情况下，处理器的实际功耗低于TDP功耗。

上海交通大学的一篇论文指出TDP功耗非常全面

当然，这种情况的前提是用户不会涉及TDP测试未考虑的情况，并且现代高性能处理器非常复杂，支持不同的浮点指令集，并且处理器是不是一个简单的CPU。它具有GPU内核，并且在Turbo Boost之后具有不同的加速频率。例如，Core i7-8700K的加速频率可以达到4. 7GHz，Core i7-8086K的加速频率可以达到5GHz，TDP测试中使用基本频率。但是两者之间至少相差1 GHz，这对处理器的热量和实际功耗有更大的影响。

英特尔酷睿i7-2600K具有4个内核和8个线程，频率3. 4至3. 8GHz，TDP功耗也为95W，而酷睿i7-8700K具有6个内核和12个线程，频率3. 6在4. 7GHz时，TDP功耗仍然为95W，但众所周知，这两个处理器在功耗和热量产生方面有很大的不同。从理论上讲，95W散热器不仅可以压住Core i7-2600K，还可以压住Core。 i7-8700K，但所有人都知道Core i7-8700K的实际发热量要高得多。

所用处理器的功耗在哪里？

每个人都关注处理器的TDP功耗。实际上，他们仍然关注处理器的实际功耗。每个人都希望处理器的功耗越低越好。英特尔和AMD也是这样认为的，因为功耗几乎已成为局限性设备进一步开发的关键，特别是随着半导体制造工艺逐渐接近尾声，如何降低功耗是将要解决的关键问题之一。测试未来高性能计算的发展。

那么哪些单元在现代处理器中消耗功率？几年前，英特尔在有关高性能计算的演讲中提到了处理器功耗的分布。这应该分为两个部分：

处理器功耗在核心级别上的分布

如果不涉及浮点运算，则处理器的Cache部分将消耗45％的功耗，而OOO乱序执行/预测单元将消耗21％的功耗，然后再次消耗是TLB单位。但是，如果计算涉及FP浮点单位，则情况会有所不同。 FP浮点单元的功耗可占75％，其余部分是缓存，OOO，TLB等。

芯片级功耗分布

如果您查看整个芯片的功率分布，则FP浮点单元仍然是最大的，占45％，而Uncore非核心部分的功耗已达到40％（整数单元）， OOO，TLB等预读单元更加琐碎。

在当前的处理器中，最重要的计算性能来源是FP浮点单元。英特尔多年来发布的AVX / AVX2 / AVX-512增强了浮点指令集，并且性能变得越来越强大。 ，但是如上图所示，FP浮点单元已成为处理器功耗的最大部分，并且在TDP功耗测试中，英特尔明确表示该测试全部为非AVX负载，即浮点点单元的参与度不高，否则功耗将是真实的。完全不同。

至强可扩展系列的非AVX加速频率

至强可扩展系列的AVX-512加速频率

以支持AVX-512的Skylake-SP体系结构为例。 28核Xeon Platium 8180在非AVX下的基本频率为2. 5GHz，单核加速频率3. 8GHz，全核加速频率3. 2GHz。 ，但是运行AVX-512指令集的基本频率1. 7GHz，单核加速频率降至3. 5GHz，多核直接降至2. 3GHz，这是在相同的205W TDP下的差异，涉及到AVX是否使用指令频率的影响很大。

影响处理器功耗的因素：频率，电压

处理器也是CMOS电路。在这方面，有一个通用公式可以计算处理器的功耗。简而言之，CMOS电路的功耗可以分为动态功耗和静态功耗。静态功率主要是由漏电流引起的。这部分功耗是无用的功耗，将成为废热。但是，现有技术无法防止泄漏电流，其功耗比例趋于越来越高。

关于动态功率，它也由不同技术文件中的不同功耗组成，其中包括由充电/放电引起的开关功耗，可以通过公式1/2 * CV2F来计算。该公式还具有不同的变体描述。工作电压和频率是决定转换功耗的主要因素，这也是降低电路功耗的关键。

对于特定处理器，其实际功耗主要是动态功耗。在此示例中，我们以Core i7-8700K的功耗为例。在对i7-8700K的首次评估中进行了详细的测试：

Core i7-8700K与其他处理器相比的功耗

在此测试中，他们比较了不同频率和电压下的处理器功耗。可以看出，在相同电压下，频率增加后功耗增加；在相同频率下，电压增加后功耗增加。显着增加，4. 0GHz从1. 1V增加到1. 3V，功耗从180W增加到251W，毕竟，动态功耗与电压的平方成正比。

摘要：

处理器的TDP功耗本质上是散热器制造商的参考，但它的名称确实为“功耗”。这也是真正的功耗，它是处理器在某些有限条件下的功能。因此，使用它来测量处理器的功耗具有一定的参考意义。

如果您不超频或不运行FP高负载，则在大多数情况下，处理器的实际功耗将不会高于TDP功耗，但是TDP功耗无法与处理器的真实功耗相关联在复杂的情况下。该测试涉及处理器的工艺技术，频率，电压甚至运行情况。实际功耗远远超过TDP功耗并不罕见。

对于普通消费者而言，使用TDP功耗比较处理器功耗也是不得已的方法，因为现在该行业缺乏衡量处理器功耗的通用指标。近年来，图形卡已开始使用TBP典型主板。功耗和GCP显卡功耗是两个指标，但是AMD和Intel在CPU上没有共识，这个问题暂时没有解决。

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