company_banner

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


    В таблице ниже представлены величины TDP для знаковых (на мой взгляд) моделей процессоров Intel для настольных ПК.
    Модель Частота TDP
    Pentium 75 MHz 8.0 W
    Pentium MMX 200 MHz 15.7 W
    Pentium II 300 (0.35µ) 300 MHz 18.6 W
    Pentium III 600 (0.25µ) 600 MHz 43 W
    Pentium III 1000 (0.18µ) 1GHz 35.5W
    Pentium III 1333 (0.13µ) 1.33GHz 34W
    Pentium 4 1.5 (0.18µ) 1.5GHz 58W
    Pentium 4 2.8 (0.13µ) 2.8GHz 68W
    Pentium 4 HT 672 (90nm) 3.8GHz 115W
    Pentium D 960 (65nm) 3.6GHz @ 2 cores 130 W
    Core 2 Duo E6850 (65nm) 3GHz @ 2 cores 65W
    Core 2 Quad Q6600 (65nm) 2.4GHz @ 4 cores 95W
    Core 2 Quad Q9550S (45nm) 2.83GHz @ 4 cores 65W
    Core i5-680 (32nm) 3.6GHz @ 2 cores 73W
    Core i7-3930K (32nm) 3.6 GHz @ 6 cores 130 W
    Core i7-3770K (22nm) 3.5GHz-3.9GHz @ 4 Cores 77W

    По логике вещей, при уменьшении топологических норм тепловыделение должно снижаться. Однако число транзисторов на кристалле росло значительно быстрее, чем снижалось тепловыделение отдельной КМОП пары. Это и стало причиной закономерности, которая хорошо прослеживается в таблице. Печально известная гонка гигагерц привела к тому, что Pentium 4 поставил своеобразный антирекорд, в своей 3.8 Ггц модификации перевалив за TDP в 100 Вт. Очевидно, с такой ситуацией мириться было невозможно: компьютер все более походил на бомбу замедленного действия. И выводы были сделаны — тепловыделение пошло на убыль.
    И пусть вас не смущает большое TDP топовых процессоров типа Core i7-3930K. Это совсем особенные представители процессорного семейства и те, кто готовы заплатить за них кругленькую сумму, наверняка побеспокоятся и о соответствующем охлаждении. В целом же TDP процессоров Intel за последнее время существенно уменьшилось и продолжает сокращаться.

    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.

    Заключение


    В общих чертах я рассказал о TDP. Эту тему можно развить в двух направлениях: рассмотреть причины потребления мощности КМОП схем, к которым относятся процессоры, и рассказать о технологиях энергосбережения, применяющихся в современных процессорах Intel. Предлагаю проголосовать за один из моих комментариев к этой статье: «Технологии энергосбережения» и «Энергопотребление в КМОП схемах».
    Те, кто наберут больше голосов, определят следующую тему. Также в комментариях всячески приветствуются реальные истории о борьбе с температурой внутри компьютера, победах и поражениях в ней.

    Intel

    148,00

    Компания

    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 39
      +13
      «Технологии энергосбережения»
        +4
        «Энергопотребление в КМОП схемах»
          +1
          А можно попросить ссылку на это знаменитое видео в студию?
            0
            думаю быстро в комментариях появится. Я уже говорил, по понятным причинам не могу.
              +2
              А чего за причины? Там же все Интелы выжили )
                +2
                Там показывают AMD
              +3
                0
                На самом деле, очень странное видео. У меня был Athlon 1000, он порядочный срок проработал без кулера (провод выпал из разъёма). Он просто через некоторое время перегружался, потом работал ещё минут десять-пятнадцать, снова перегружался…
                Я описывал эту историю тут. Кстати, так получилось, что адрес свой я выслал организатору конкурса лишь в середине июня, и, скорей всего, ничего так и не было отправлено.
                  +1
                  Ну радиатор ведь оставался на нем? — это самый важный рассеиватель тепла.
                    +3
                    У большинства плат для socket a в то время был подсокетный датчик, который вырубал все при перегреве. THG очень постарались найти плату без такого датчика. Но чего не сделаешь за деньги Интела?
                      0
                      Они тестировали ведь процессоры, а не платы.
                        +2
                        А если я возьму плату, которая будет два вольта на процессор подавать, то это тоже вина процессора что он сгорел?
                          –2
                          Вы не заметили, что смысл теста был в другом, а не в поиске брака на плате? Личный треск оставьте при себе )
                            +2
                            смысл был в том что в неравные условия поставили продукцию amd и intel. В реальной жизни при перегреве атлона его бы отключила плата.
                              +1
                              Смысл был показать, как работает технология throttling у процессоров Intel. Действительно ли спасает процессор и данные (игра даже не зависла), или все сказки. Ради этого можно было и плату найти.

                              Проплачен ролик или нет, мне было все равно. Интересно было посмотреть. Сам бы я не стал ради такой проверки снимать куллер с процессора.
                    +2
                    В свое время оно перепугало кучу народа и все тупо брали не AMD. Хотя при правильной установке кулера никаких проблем не возникало. Также не горели процы с пикрепленным радиатором! Они горели только в одном случае — без радиатора вообще! как и показано на видео.

                    Бред полный, который говорит, что автор не имеет достаточного опыта по обслуживанию тех процов. Лично у меня за пять лет ни разу не отвалился кулер при транспортировке. Если нагибался вентилятор — а такое было из-за кривых рук — проц не сгорал, а тупил, вис, вонял перезагружался, но не горел! А насчет свойств теплопроводящей пасты — промолчу!
                      0
                      Особо прикольно в Ivy, заменили припой на термопасту. Скальпирование и прямой контакт кристалла с радиатором дает 5 градусов снижения температуры. Экономят на потребителях…
                  0
                  гуль => «Tom's Hardware cpu overheat».
                  У меня так в своё время поплавилась ножка :) Но мать хорошая, со своей защитой была.
                  0
                  Вот по мотивам статьи рождается вопрос. Можно ли на начальных иви бриджах уменьшить частоту, так чтобы можно было поставить этот процессор в неттоп с очень плохим охлаждением, почти пассивом. И какая при этом будет производительность у них?
                    0
                    У меня после сборки компа в магазине (за 15 минут до закрытия в праздничный день) провод кулера i5 3550 как-то запутался и в итоге он не работал. Пока не залез в системник и не исправил пару часов проработал с температурой около 90-100°, даже в метро2033 минут 15 побегал, проблем с производительностью не видел :)
                      0
                      Системник всё-таки большой, там мб стоят вентиляторы на вдув и на выдув… А у меня мелкий корпус для НТРС, там всё с этим плохо. Для атома хватает, но производительность у атома никакая.
                      0
                      Высокая. Еще напряжение уменьшить можно.
                      0
                      По-моему процессоры отключают систему при перегреве. Или нет?
                        0
                        Сначала — понижают частоту, если не спасает — могут и отключиться.
                        0
                        Перегрев страшен не только для CPU, а для всего оборудования.
                        У меня был случай, когда Memtest сыпал ошибками и даже вешался из-за перегрева оперативки (DDR III). Выход был таков: поставить Noctua C14, который остудил пыл как процессора так и оперативки. Сейчас все работает как часы.
                          +2
                          Как я заебался чистить ноутбуки, особенно когда производителю влом сделать легко снимающуюся крышечку для быстрого доступа к системе охлаждения.
                            0
                            Твои личные проблемы.
                              +2
                              Не знаю, почему тебя заминусовали, но истину глаголишь.

                              Господа минусующие, разберите хоть один ноутбук производства ASUS для очистки от пыли, думаю, ваше мнение координально изменится. Мне пришлось открутить порядком пятидесяти болтов, снять клавиатуру и кучу шлейфов, а потом попытаться это всё собрать, чтобы ни один шлейф не поломался. И всё для того, чтобы почистить кулер. А достаточно сделать отдельный отсек для кулера. Но нет, у нас же построен целый бизнес по продаже подставок-охладителей для ноутбуков. Сначала одни уроды делают неправильное охлаждение, а потом другие нам впаривают дурацкие подставки.
                                0
                                Так сделано ради удешевления дизайна, хотите все грамотно? Покупайте бизнес-линейки Леново, НР, делл, самсунг и не будет таких проблем. Перефразируя вас — сначала пиона покупают дешевого барахла, потом жалуются, что обслуживание неудобное. И вообще это не для пользователя задача — ноутбук чистить, а для СЦ, а они там деньги получают и не жалуются на компоновку — что денег приносит с тем и работают.
                                  0
                                  Я где-то озвучивал цену на свой нетбук? Причем здесь леново и самсунг, если я говорю про АСУС? Почему я должен тратить время и деньги на СЦ для того, чтобы вытащить кусок пыли из ноутбука? Что за бред?

                                  Кстати, не каждый СЦ возьмется чистить тот же ноутбук АСУС. Официальные — да, возьмутся, но они есть не в каждом городе, а мелкие по ремонту и чистке ноутов за АСУСы берутся далеко не все.

                                  А я еще гнал на свой первый ACER 5720 в своё время, что тяжело открывать его. А там всего лишь 7 болтов и тугая крышка — и вот оно, кулер и клубок пыли. Пропылесосил, крышку поставил обратно, закрутил и работай дальше.
                                    0
                                    Потому что ноутбук или нетбук, неважно, не являются устройствами, которые пользователь должен обслуживать самостоятельно. В гарантийный период — пожалуйте в официальный сервис, после — производителя не волнует как это будет происходить. При разработке новых моделей решаются совсем другие задачи — как поместить нужные комплектуюшие в определенный объем, вес и тд, и в последнюю очередь думают об удобстве разборки. Есть производители которые думают, потому что обслуживают и поддерживают свои устройства больше, чем год и не выпускают каждый месяц по новой линейке.
                                      0
                                      И вообще — зачем вы в таких пыльных условиях эксплутируете бедное железо? Не надо его на пыльный ковер, да на кровати ставить =)
                                        0
                                        Я смотрю, вам лишь бы поспорить. Принцип жизни такой — везде вставить своё против?

                                        Где мне пользовать мой нетбук — не ваше дело, я его покупал не для того, чтобы он стоял в герметичном шкафчике. Я указал на явные проблемы, с которыми сталкиваюсь я и мои знакомые. От ваших убеждений у меня проблемы не исчезнут, меньше пыли не станет и СЦ в моём городе лучше работать не начнут.
                                  0
                                  Присоединяюсь не к форме, но к содержанию. Dell A860, чтобы добраться до кулера пришлось снять: заднюю крышку, hdd, отстегнуть экран со всеми антеннами, и черт знает что еще.
                                  +3
                                  По моим оценкам, основанным на сетевых изысканиях, 15" ноутбук с дискретной графикой и процессором с TDP 35W в целом потребляет около 80W.

                                  Столько ноут потребляет в самом тяжелом случае — одновременно идёт зарядка батареи и полная нагрузка на все подсистемы. В обычном же режиме — в два-три раза меньше. В режиме простоя/нагрузки типа браузер — так вообще копейки. Например, мой ноутбук 2010 года выпуска по показаниям мониторинга (и ваттметру в розетке) потребляет 18-25Вт, из них процессор 8-12Вт, в режиме чтения браузера. Новые потребляют ещё меньше, иначе как бы они могли работать по 5-8 часов от батарейки ёмкостью 50-60Вт*Ч?
                                    0
                                    Согласен.
                                      0
                                      Присоединяюсь. У меня в ноуте i5 2430. Не знаю, сколько он реально жрет, но в режиме «кодинг», утилита hwMonitor показывает 3Вт, если что-то компилю — конечно возрастает резко, потом опять 3-5Вт.
                                        0
                                        Забыл добавить. Ноут в таком режиме спокойно живет 4 часа и остается еще 20-25% заряда батареи. Если на минимальной яркости, просто сидеть в интернете с минимум видео и анимаций — то наверно можно протянуть и 6 часов, разрядив батарею полностью.
                                      0
                                      По логике вещей, при уменьшении топологических норм тепловыделение должно снижаться.


                                      По логике вещей, оно должно только увеличиваться. Потому что уменьшается слой диэлектрика между элементами, и возрастают токи утечек. Именно поэтому в последнее время в даташитах мы видим такие понятия как high-k диэлектрики, tri-gate транзисторы, «растянутый силикон» и прочие примочки.

                                      TDP за последнее время не уменьшилось особо, просто Intel в свое время изменило смысл этого понятия. В период Pentium IV это было среднее тепловыделение (Да, да, 140 ватт для 2х ядерных Pentium D было всего лишь средним). Сейчас TDP является управляющей характеристикой. Это значит, что процессор опирается на несколько параметров, как то потребление тока, температура ядра, уровень загрузки, чтобы рассчитывать примерное тепловыделение, а если оно превышает норму, то он начинает процедуру сброса частоты, чтобы вернуться в рамки. Но сам процессор может легко выходить за пределы указанного TDP.

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое