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CPU功耗和实际功耗之间的关系

来源:电脑维修_笔记本维修_电脑维修网 发布时间:2010-04-19 查看次数:626
当CPU的散热设计功耗(TDP: Thermal Design Power) 值最主要是提供给计算机系统厂商,散热片/风扇厂商,以及机箱厂商等等进行系统时使用的。因为TDP的值表明,对应系列CPU 的最终版本在满负荷(CPU 利用率为100%的理论上)可能会达到的最高散热热量。但是,TDP值并不等同于CPU的实际功耗,更没有算术关系。

  CPU的实际功耗没有捷径获得,只能实际测试。实际功耗对最终用户才有意义。

  下图是英特尔公司中国应用设计中心(ADC) 设计的测试PC 功耗的简单工具

  对于一个系列的CPU,英特尔一般给出一个整体的TDP值,不会为每个系列的不同型号的CPU提供不同的TDP值,所以大家可以看到一大批不同型号的CPU都通用一个TDP值。例如,英特尔已经发布的酷睿2 双核 6xxx 系列,4xxx 系列和奔腾双核 2xxx 系列,甚至这些系列后续的新型号,提供的散热设计功耗(TDP)值都为65W,CPU的主频跨度从1.6GHz 到3.0GHz,甚至将来更高主频的产品。难道这些CPU的理论最高散热功耗都为65W(瓦)?不是的。只有将来最高性能的型号在满负荷的时候可能会达到这个值。

  为什么要这么做呢?为了方便系统的设计以及厂商对部件物料的管理。因为散热片/风扇/机箱厂商以及计算机系统厂商只要设计或采用一套可以帮助CPU散热达到65W的方案,就可以在系统中采用符合TDP 65W的所有CPU。否则,TDP值分的过细,厂商在管理部件上就太纷杂了,要为每一个型号的CPU配备贴切的散热片/风扇/机箱,为20种型号的CPU准备20种物料?好像没有人愿意这么做。

  最终用户关注的是CPU的实际功耗,但是实际功耗和实际的应用联系在一起,而且和CPU采用的节能技术密切相关,所以无法得到统一的结果,即使有也是典型应用的实际测试值。另外,CPU不能单独工作,必须和系统在一起的,所以我个人的意见还是要看系统的整体功耗,它才对最终用户才有实际意义。例如,一个极端的例子,如果花很多精力在降低计算机内部各个部件的能耗,可是忘了选择一个高转换效率的机箱电源,如果这个电源输入功率为300W(瓦),但是交流到直流的转换效率只有50%,那么有一半的功耗在转换过程中就浪费掉了。150瓦呀,不是个小数字!

  从TDP是得不出CPU的实际功耗的,用计算机内部各个部件的TDP值相加得出整个系统的功耗,逻辑上似乎没有任何问题,事实上这项“创举”已经变成业界的笑谈。

  CPU的实际功耗应该等于=实际输入CPU的电流(A)× CPU的实际电压(V),它是供电电压和电流的乘积。最好的办法是用精密的功率工具去测试。

  下图是上面说明的PC功耗测试工具的连接示意图

  另外,笼统地计算一个CPU在一个昼夜24小时反复运行一组程序,然后计算累计功耗,是非常误导的测试,因为一个高能效的CPU,可以在相同的时间完成更多的工作。

  所以,CPU的实际功耗测试应该是用一组统计出来的程序组合,模拟人们使用计算机的习惯让计算机运行,如办公场景,典型的测试软件为SysMark,家用环境为PCMark,建议用最新的版本。

  这样,性能好节能效果好的CPU,就可以在更短的时间内完成任务,依次进入等待,空闲,休眠,深度休眠等节能状态。例如,同样一段高清影片的压缩,高性能的CPU可以在5分钟完成,差的CPU需要10分钟完成。提前完成工作的CPU可以做别的工作,或者在剩下的5分钟处于低负荷的运行状态——CPU利用率低,系统功耗就小,甚至进入休眠。对于需要10分钟完成的CPU,后5分钟还是需要让CPU处于高负荷的运行状态,整个系统都需要处于相对高负荷的状态,由此可见能耗是无法和高性能的CPU相比的。

  采用最新工艺,最新架构和最新的节能技术的CPU,都是厂商追求的目标,因为只有这些新技术可以确保高性能低能耗技术的实现。例如,从65纳米转向45纳米,每个晶体管可以减低5倍以上的漏电流,每个晶体管性能提高20%以上,驱动电量下降30%以上。如果晶体管的数量上数亿个,能节省的功耗就非常可观了。

  采用这些新技术,就是要让更多的功耗用于CPU实际的运算中。这就好比日光灯和白炽灯,前者电-光转换效率高达80% 以上,不到20%转换为热,白炽灯电-光转换效率为50%,有一半转化为热量了,热量不是我们要的,白白浪费了。所以同样是60瓦的日光灯,要比60瓦的白炽灯亮多了,手摸上去也是温温的,而日炽灯会烫手的。这就是现在节能灯都是日光灯的原因吧。

  用户对CPU性能的提升是没有止境的,英特尔公司面临的挑战还是:在不断提高性能的同时,控制能耗不变甚至降低能耗,如何解决芯片单位面积热密度不断提到的业界难题等等。

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