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CPU与GPU功耗TDP问题探讨-转超能网
本文作者:卓星科电  发布时间:2011-09-17  浏览量:7   收藏 | 打印 | 关闭
TDP与功耗,算得上是一个老生常谈的问题,但对这两个概念有清晰认识的人并不多,今天继续来聊聊这个话题,限于水平,有什么错误恳请斧正。

CPU/GPU的功耗

  所谓功耗,是指功率的损耗,也就是输入功率与输出功率之差,电路中功耗通常是指元器件上耗散的热能。对于像CPU、GPU这样的数字电路,功耗一般分为开关的动态功耗和漏电的静态功耗,动态功耗主要指电容充放电时的功耗,静态功耗主要指二极管的反偏电流和关断晶体管中通过栅氧的电流它们形成的功耗。

    P总功耗 ≈ P动态功耗 + P静态功耗

  在数字电路中,P动态功耗 ≈ CV2F,其中C为系统的负载电容,V为电压,F为工作频率,比如一个1.0V核心电压3.0GHz工作频率的CPU,如果加压超频到1.2V电压4.0GHz频率,那么它的动态功耗将增长(1.2/1.0)2*(4.0/3.0)= 192%,也就是说,其动态功耗几乎翻了一倍。

  而P静态功耗 = I漏电电流*V = V2/R,从这公式可以看出,虽然随着CPU/GPU的核心电压不断下降,静态功耗有呈下降的迹象,但是随着它们集成的晶体管越来越多,众多晶体管并联后使得等效电阻值不断减少,集成电路内层与层之间的绝缘层变薄也使得层间泄漏电流增加,所以CPU/GPU的静态功耗一直趋于上升态势。

  我们知道,白炽灯是将电能转换热能和电磁波能(包括红外线的光能和可见光的光能等),其中对我们有用的可见光光能只占10%左右,其它的都浪费掉。那么当CPU/GPU源源不断地吸收电能时,它们将这些电能又做了些什么?

  目前来说,还没有一个很权威官方的答案,现在达成的共识是,CPU/GPU处理信息本身是不需要消耗能量的,CPU/GPU将信息传递给其它地方也不需要消耗能量(改变电信号的间隔电压频率即可),CPU/GPU的电能几乎都消耗在线路上了,其它还有少量的辐射能和内部储存的化学能可以忽略不计,也就是说:

    CPU/GPU功耗 ≈ 输入功率 = I * V

  比如说GPU某一时刻的核心电压是1.0V,电流为80A,那么这一时刻它的功耗也近似等于80W,由于CPU/GPU的工作电压和电压都是不断变化的,其功耗也随之改变,一般用最大值来对它们的功耗作定量描述。

什么是TDP?


英特尔为CPU提供了TDP规格参数

  但是在很早之前,英特尔为CPU制定规格参数时,并没有提供功耗规格,而是用了TDP这一参数,比如说Core 2 Quad Q9650的TDP为95W,由于单位上的相同,无数的人将TDP与功耗混为一谈。

  那么到底什么是TDP呢?英特尔的解释应该更权威更准确:

TDP: Thermal Design Power,A power dissipation target based on worst-case applications. Thermal solutions should be designed to dissipate the thermal design power.

  把英特尔的原话翻译过来就是:TDP(Thermal Design Power,热功耗设计)指基于CPU在最糟糕应用状况下规定的功耗指标,要求散热解决方案设计成可以将这个指标的功耗驱散掉。

  这个解释的核心在于TDP是一个规定的指标,供散热方案参考,并非指CPU实际的功耗值。从上面英特尔处理器的规格表中也可以看出,2.33GHz的Q8200和3.0GHz的Q9650它们的TDP都是95W,如果是实际功耗的话,理论上Q9650的最大功耗是Q8200的1.28倍。

  那么TDP和功耗到底有什么关系呢?答案是没有关系。很多测试表明,CPU的最大真实功耗是明显小于TDP值的,但是在加压超频后最大功耗超过TDP值就很有可能。

  在前几年,AMD对英特尔的TDP定义很是不爽,因为它的CPU中当时还整合有内存控制器,相当于多出一部分热量,不过随着英特尔处理器中整合了GPU和MC,AMD也就不再计较了。

显卡的功耗

  因为GPU并不单独出售,都是集成在显卡上的,所以通常都不提供GPU的功耗,而是以整个显卡的功耗为主,除了GPU的功耗外,显存的功耗也是相当高的,在高端显卡中几乎与GPU功耗持平。

  但无论是NVIDIA还是AMD,对显卡功耗的标示都很不规范,一会用Max.Board Power一会用TDP,这也给消费者一种错觉,认为显卡功耗就等同于TDP。


NVIDIA在GT 430的文档用TDP来描述显卡功耗


AMD在最新的Cayman文档中,用TDP来形容GPU功耗

  NVIDIA甚至还给出了解释“TDP is a measure of maximum power draw over time in real world applications”,并给出了TDP在wikipedia(维基百科)的相关说明,显然,NVIDIA对TDP的解释与wikipedia上的解释并不相同。


NVIDIA在GTX 570文档中对TDP的解释 

  按照NVIDIA的解释,它所谓的“TDP”就是指显卡在真实应用中的最大功耗,唉,我们也就睁一只眼闭一只眼,暗自鄙视一番拉倒,不必太过去较真。

主流显卡最大功耗汇总

  前言未名太长了,这才是今天的重点。我们汇总了当前主流显卡的最大功耗值,以官网提供的数据为主,如果官网没有相关数据,以官方提供给媒体文档中的数据为准。

  从这份表中,我们可以发现,NVIDIA史上最高功耗的显卡为GTX 295,最大功耗为289W,单GPU显卡中最高功耗的为GTX 480,为250W。而AMD史上最高功耗的显卡为Radeon HD 5970,同样为双GPU显卡,其最大功耗为295W,单GPU显卡最高功耗的显卡为最新的Radeon HD 6970,与GTX 480相同。

NV官方公布: 当采用单图形处理器(GPU)方案时,有关多GPU配置所推荐的SLI认证电源列表请登陆 cn.SLIZone.com 查看具体信息。

AMD官方公布的经过认证的电源企业,品牌及配置功率: 链接:http://ati.amd.com/products/certified/powersupplies.html#pstop

主机电源配置计算器:http://www.pcidv.com/html/Downlist607.html

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