Hur TDP-betyg för processorer kan bli vilseledande

Om du någonsin har varit på marknaden för en CPU, finns det en stor chans att du kanske har stött på en liten klassificering som kallas TDP. Detta är ett betyg som ofta kastas runt i argument eller rekommendationer och det är faktiskt ganska allmänt missförstått. TDP står för "Thermal Design Power" och det är en specifikation som finns på nästan vilken processor som helst idag. Den mäts i "Watt" och är tänkt att berätta för användaren om den maximala mängden värme som processorn förväntas mata ut i ett realistiskt men tungt belastningsscenario. De två stora processortillverkarna, AMD och Intel, använder detta nummer i stor utsträckning i sitt marknadsföringsmaterial.

Förstå TDP

Så varför är detta TDP-betyg så svårt att förstå? Tja, en stor del av det har att göra med det faktum att TDP inte är en tätt reglerad rating. Denna klassificering används av Intel och AMD för att hänvisa till mängden värme som CPU-kyllösningen måste skingra från CPU: n för att hålla den under TJmax. Detta skapar en hel del grått område i definitionen av TDP på grund av variationerna som introduceras genom CPU Boost Algorithms och de olika kylningslösningarna.

TDP är också förvirrande på grund av att det annonseras i Watts. När man ser detta betyg i watt kan man lätt anta att detta hänvisar till den mängd effekt som processorn är avsedd att dra, vilket är ett vilseledande koncept. TDP hänvisar faktiskt till "Thermal Power Output" snarare än "Electric Power Draw" som skapar en ny missuppfattning bland den vanliga köparen.

Värme mot kraft

I motsats till vad många tror, avser TDP-betyget faktiskt inte den maximala mängden effekt som processorn kan dra under belastning. Det är inte ens ett mått på elektrisk kraft alls. TDP är ett nummer som "väljs" av AMD och Intel snarare än beräknat, och dess yttersta mål är en blandning av användbar information och marknadsföring.

TDP är ett nummer som väljs för att tillåta svalare tillverkare att utveckla en kylningslösning som kan hålla nämnda processor inom sina normala driftstemperaturer i alla normala användningsfallsscenarier. Därför är den mer inriktad på kylning av processorn snarare än den effekt som processorn kan dra under vissa förhållanden.

Det finns emellertid en länk mellan värmestyrkan som kan ses här och den faktiska effekt som processorn kan dra. Även om TDP-numret i sig kanske inte är den direkta indikatorn för effektuttag, kan det indirekt vara användbart för att jämföra effektuttaget för två processorer med samma tillverkningsprocess och baserat på samma arkitektur. Eftersom processorn med högre TDP-klassning skulle producera mer värme under belastning är det troligt att den också drar mer ström från strömförsörjningen. Således kan vi säga att siffrorna är länkade, men att säga att en processor med en TDP-klassning på 95 watt kommer att förbruka 95 watt effekt under belastning är bara felaktig.

En Watt är en Watt

Trots de uppenbara skillnaderna mellan värmeeffekt och eluttag är en watt fortfarande en watt. Wikipedia definierar watt som "en härledd enhet på en joule per sekund och används för att kvantifiera hastigheten för energiöverföring". Denna definition är särskilt användbar för att förklara användningen av enheten "watt" i TDP-klassificeringar.

Effekten som dras av komponenten mäts i watt, medan processorns värmeeffekt också mäts i watt. Det är viktigt att komma ihåg att detta inte är olika enheter som har samma namn. Användningen av watt betyder att samma energi omvandlas från termisk till elektrisk form. Det betyder att den energi som processorn drar (den elektriska effekten) alltid kommer att vara något högre än den energi som frigörs av processorn i form av värme (termisk effekt). Skillnaden i energi mellan dessa två kvantiteter används av processorn för att utföra sin funktion.

Hur Intel beräknar TDP

Missuppfattningarna om TDP-betyg har blivit ännu mer utbredda på grund av att båda de stora CPU-tillverkarna använder olika sätt att välja sin TDP. Detta betyder att deras antal, medan de båda mäts i watt, inte är jämförbara med varandra. Den viktiga differentieringen är att Intel använder processornas basklocka för att välja sin TDP. Detta innebär att "maximalt värmeeffekt" -värde för deras processorer endast är giltigt när processorn arbetar med basklockan.

Detta ger en mängd utmaningar i moderna scenarier. De moderna processorerna från Intel fungerar sällan vid basklockan. På grund av omfattande förstärkningsmekanismer integrerade i de moderna chipsen, och ännu mer, överklockningsutrymme som är upplåst av moderkortets funktioner som Multi-Core Enhancement, faller det annonserade TDP-betyget långt under det faktiska effektuttaget för chipet under vanlig användning. TDP är en ganska tam uppskattning av processornas värmeeffekt när det gäller Intel.

Detta kan också vara en utmaning för slutanvändaren när det gäller val av komponenter. En intet ont anande köpare kan vara benägen att köpa en mindre PSU eller en svagare CPU-kylare om vederlaget baseras på enbart TDP. Även om det är möjligt att köra CPU: n med en kylare som är klassad för sin exakta TDP (95W-kylare för en 95W-klassad CPU), kommer CPU definitivt att skjuta förbi sin nominella TDP så snart någon turbo-boosting-mekanism aktiveras. Detta kan ge problem när det gäller kylning. Därför är Intels inställning till TDP-betyg för sina processorer lite lerigare än AMD: s, och lämnar därför mer utrymme för tolkning.

Hur AMD beräknar TDP

AMD är inte alls perfekt när det gäller processen att tilldela TDP-betyg till sina processorer. Den stora uppgången till AMDs strategi är dock att AMD mäter processorns värmeeffekt vid sin maximala boost-klocka, i motsats till Intels strategi där den mäts vid basklockan. Detta kan vara en något mer exakt indikation på hur mycket värme som CPU: n kan mata ut i vanliga fall.

Det har rapporterats att AMDs interna definition av TDP är: "Thermal Design Power (TDP) är strikt mätningen av en ASIC: s termiska effekt, som definierar den kylningslösning som är nödvändig för att uppnå nominell prestanda." Detta uttalande är ganska enkelt i huvudsak. AMD beskriver de grundläggande kraven för ett TDP-betyg för en ASIC (applikationsspecifik integrerad krets eller Ryzen-processorer i detta sammanhang). Denna riktlinje från AMD ger lite mer information till de svalare tillverkarna så att de kan utforma en adekvat kylningslösning för processorerna i fråga.

Det finns dock en förvirrande del i uttalandet från AMD. AMD hänvisar till processorns "nominella prestanda" i sin definition av TDP. Detta innebär i grunden att TDP-klassificeringen endast är giltig för processorer som arbetar mellan bas- och boostfrekvenser. Detta utesluter den potentiella funktionen för automatisk överklockning av Precision Boost 2.0, som använder termiskt och kraftigt höjdutrymme för att uppnå maximala boost-klockor som processorn kan slå, utan att bryta mot några effekt- och termiska gränser.

AMDs tillvägagångssätt innehåller också en formel för TDP som potentiellt kan hjälpa svalare tillverkare att på lämpligt sätt utforma sina kyllösningar.

TDP-formel

Formeln från AMD för TDP är följande:

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

GamersNexus bröt ner denna formel i sin rapportering, låt oss se vad det betyder:

tFall ° C definieras enligt följande: ”Maximal temperatur för matrisen / värmespridarkopplingen för att uppnå nominell prestanda”. Det har rapporterats att AMD: s interna definition är följande: ”Maximal falltemperatur. Den maximala temperaturen mätt vid förpackningsplatsen som anges i lämplig termisk designguide. Tcase max används för design av termisk lösning och i termiska simuleringar.
tCase betyder "fall", som i integrerad värmespridare eller IHS, inte datorns chassi. Detta hänför sig särskilt till temperaturen vid den punkt där kiselformen uppfyller IHS. Observera att detta inte är "hur varmt blir CPU" utan "hur varmt kan CPU bli innan Precision Boost 2 börjar stryka tillbaka." Lägre tCase skulle få lägre TDP i formeln.
Nästa tal i formeln är tAmbient, vilket är subtraend som dras från minuend tCase innan resultatet divideras med termiskt motstånd. AMD definierar tAmbient ° C som "maximal temperatur vid HSF-fläktens inlopp för att uppnå nominell prestanda."
HSF hänvisar till kylflänsen och fläkten, så CPU-kylaren är monterad ovanpå processorn. Detta är temperaturen på luften runt kylflänsen, oavsett om det är på en öppen bänk eller i ett PC-fodral. Lägre tAmbient betyder högre TDP, men tAmbient definieras av AMD i dess TDP-formel och definieras inte av din egen tAmbient. AMD definierar HSF θca (° C / W) som: Lägsta ° C per wattvärde för kylflänsen för att uppnå nominell prestanda.

Innehåller formeln substans?

Att ha en specifik formel för detta användningsfall kan verka som den perfekta lösningen på missuppfattningarna kring TDP men det är faktiskt långt ifrån det. För det första bör det noteras att inget av värdena i formeln är fasta. Alla värden är variabler som ändras med processorn i fråga. Detta innebär att siffror kan manipuleras efter behag för att få det önskade TDP-värdet, och TDP-värdet kan manipuleras bara för att få de godtyckligt definierade siffrorna på höger sida. Det var därför det konstaterades att TDP-värdena "valts" mer än "beräknas" av Intel och AMD.

Men låt oss titta på formeln för att se vad den egentligen betyder. Visst skulle det finnas något väsentligt bakom en matematisk ekvation? Tja, det visar sig att det faktiskt finns en viss användning av denna formel i processen att tillverka en kylare för CPU. Formeln täcker i huvudsak de faktorer som skulle vara nödvändiga för att uppnå det valda TDP-målet av CPU-tillverkaren. Variablerna i formeln har dock ingen betydelse för slutanvändaren.

Hittills kan det tyckas att TDP-nummer bara är något reklamfilm som företagen sätter på sina CPU-lådor bara för att vilseleda konsumenten. Men så är inte helt fallet. Faktum är att AMD och Intel aldrig hävdade att TDP är tänkt att indikera kraftuttaget för CPU: n. De listar specifikt TDP som en indikator på termisk effekt, och som en guide för kylaren som krävs för att avleda värmen från CPU: n. Missuppfattningarna kring TDP härrör från många faktorer, särskilt användningen av "watt" för att representera termisk kraft, vilket lätt kan missförstås.

Hur TDP-nummer är användbara

Du kanske är benägen att tro att de TDP-nummer som läggs ut av AMD och Intel inte har någon mening för slutanvändaren. Det uttalandet kan vara sant i viss utsträckning, men det betyder inte att TDP-numren är helt värdelösa. Det finns två stora fördelar med detta tillvägagångssätt:

Olika processorer vid samma TDP

Den första stora fördelen med att ta fram ett TDP-betyg för processorerna är att AMD och Intel kan arbeta med de andra variablerna i TDP-formeln för att uppnå det önskade TDP-målet. Det förklarades tidigare att variablerna i formeln kunde manipuleras efter behag för att uppnå önskat resultat. Det här kanske inte är så dåligt i praktiken. I verkligheten betyder detta att tillverkaren kan välja en rimlig TDP för sin komponent och sedan finjustera komponenterna på komponenten för att leverera det önskade resultatet. Detta är en något förenklad förklaring till varför den formeln är så öppen för manipulation.

Variablerna i den formeln varierar från CPU till CPU, medan vi kan se flera processorer från både AMD och Intel som delar samma TDP. Till exempel delar Ryzen 7 3800X, Ryzen 9 3900X och Ryzen 9 3950X alla samma TDP på 105 watt. Det är klart för alla omedelbart att Ryzen 9 3950X förbrukar mest kraft av alla processorer som delar denna TDP. Detta beror på att AMD har uppnått målet TDP genom att manipulera och finjustera de andra värdena i formeln för att få bästa värmeöverföring och värmeeffektivitet vid ett högre effektuttag.

Devising Cooling Solutions

Den andra stora fördelen med TDP-betyg är faktiskt den främsta anledningen till att TDP-nummer valdes i första hand. Eftersom TDP är det nummer som Intel och AMD har valt för att hänvisa till mängden värme som kylaren måste kunna skingra för att processorn ska fungera som avsett, hjälper detta värde faktiskt kyltillverkarna att ta fram adekvata kyllösningar för processorerna. Detta säkerställer att de processorer som släpps ut av tillverkarna har tillräckliga kylare tillgängliga på marknaden från både tillverkare från tredje part och från tredje part.

När en ny CPU tillkännages skickar AMD / Intel ett detaljerat dokument till de svalare som kallas "Thermal Design Guide". Denna guide innehåller all nödvändig information om det aktuella chipet, inklusive metoden som används för att "beräkna" TDP för den processorn. Alla justeringar som har gjorts i formeln noteras också i guiden så att kyltillverkaren också kan justera för manipulationerna. Tillverkarna står då fritt att utforma sina egna kyllösningar, som sedan genomgår noggranna tester med de aktuella processorerna. Denna testning säkerställer att kylaren kan säkerställa att chipet går på sin nominella prestandanivå utan att bryta mot TJmax.

Kylare tillverkare på TDP

Tillverkarna av dessa kyllösningar är också polariserade om TDP. Det är uppenbart att ingen av dem faktiskt litar på siffrorna som läggs ut av AMD och Intel för sina processorer. På grund av nivån på justering och manipulation av TDP-formeln, och variationen i kraftuttag och värme på grund av boostingstekniker, tar de svalare tillverkarna lite hänsyn till det faktiska antalet. Tillverkarna tenderar att validera kylarnas arbete genom att testa de egna processorerna.

Du kanske har lagt märke till att kylare också har ett TDP-betyg. Detta är ett annat TDP-nummer som inte innehåller mycket innehåll när det gäller verkliga verksamheter. Om en kylare är klassad för 95 W TDP betyder det inte nödvändigtvis att den skulle kunna kyla en processor som också är klassad till 95 W. Det finns bara för många variabler här för att göra ett definitivt filtuttalande så. Cooler-tillverkare testar faktiskt ut och utformar sina egna TDP-betyg för sina kylare som kanske eller inte uppfyller de betyg som AMD och Intel har lagt ut.

Termisk testning och korrekta recensioner bör vara din enda referenspunkt när du köper en kylare till din CPU. TDP-betyg för både CPU och kylare kanske bara är bra för att förvirra den potentiella köparen.

Om inte TDP, vad då?

Om du är orolig för strömförbrukningen till någon processor som du kanske funderar på att köpa, finns det ett sätt att ta reda på exakt det. Istället för att bero på färdiga TDP-nummer som erbjuder små eller inga verkliga indikatorer för kraftuttag, bör man alltid titta på fördjupade recensioner och värmeprestanda för en viss CPU innan man köper. TDP berättar inte hela bilden. Det kan vara ganska vilseledande för kunder som bara ser "watt" tryckt bredvid ett nummer och antar att det är det maximala effektuttaget.

Fullständiga granskningar av processorer och andra komponenter inkluderar vanligtvis kraftuttagsnummer som mäts både från ATX 12-stifts CPU-kontakt och även från väggen. Detta ger en mycket exakt uppfattning om kraftuttaget för CPU: n under olika scenarier. Till skillnad från TDP-siffrorna är effektuttagsnummer som beräknas på detta sätt ganska representativa för de faktiska siffror som du kan förvänta dig att se i normal drift. Dessa värden tar också hänsyn till förstärkningsalgoritmerna och eventuella out-of-the-box OC-förbättringar som kan aktiveras på vissa processorer. Att bedöma kraftuttaget för en CPU på detta sätt är mycket mer exakt och representativt för verkliga verkliga resultat än att bara uppskatta effektuttaget från TDP-värdena.

Slutord

Sammanfattningsvis är det ganska uppenbart att TDP-siffrorna inte är representativa för en CPU-effekt i verkliga scenarier. TDP är ett betyg som är mer flexibelt än vad de flesta inser. Mestadels är det ett nummer som väljs av AMD och Intel för att ge svalare tillverkare ett visst mål, runt vilket de måste utforma sina kyllösningar. Det finns mycket utrymme för tolkning i detta betyg, och därmed leder det till en stor mängd missuppfattningar. TDP är inte på något sätt en exakt återgivning av det maximala effektuttaget för en CPU som de flesta intet ont anande köpare kan anta.

Betyget har sina användningsområden i vissa fall, men det är mer bekymrat över kylningen av CPU i motsats till strömavbrott. Kylare tillverkare håller inte heller med om att TDP-nummer och formler används av både Intel och AMD. De utformar sin egen metodik och test för att kontrollera om den kylningslösning de producerade är tillräcklig för en viss CPU. Det kan också vara felaktigt att direkt jämföra TDP-numren för en CPU med en annan, helt enkelt för att de båda använder "watt" i sitt betygssystem. Slutanvändaren bör alltid ta hänsyn till recensionerna innan de fattar ett köpbeslut.