tdp процессора на что влияет
TDP процессора — что это и почему важно обращать внимание на этот параметр?
Доброго времени суток.
Темой нашей беседы в рамках этой статьи будет TDP процессора — что это и «с чем его едят», как говорил медвежонок Умка в одноименном мультфильме :).
Объяснение непонятного
Эта неизвестная многим аббревиатура скрывает в себе такое определение на английском языке — thermal design power, а иногда вместо последнего слова подразумевается «point».
Переводится это как «конструктивные требования по теплоотводу».
О чем говорит данный параметр? Начну с самого начала, чтобы было понятно даже тем, кто мало знаком с компьютерами.
Как известно, практически все вычисления на ПК выполняет процессор. От такого тяжелого труда он нагревается и, соответственно, выделяет тепло. Дабы он не перегорел, в комп устанавливается система охлаждения, предназначенная специально для определенного семейства процев. Так вот, на какой отвод тепла она рассчитана и указывает TDP.
На что может повлиять несоответствие требований реальным показателям? Это очевидно. Если микросхема будет постоянно перегреваться, сначала она перестанет выполнять только некоторые из поставленных вами задач, и незадолго после этого перегорит. Вот почему ватты на системе охлаждения, то есть TDP, должны равняться (или даже преувеличивать) производительности проца.
Как ведется расчет?
Допустим, в характеристиках к кулеру указано, что он справляется с тепловой мощностью в 30 Вт. Это значит, что он способен отводить такое тепло при нормальных условиях работы процессора (нормальных, не повышенных!); повышение температуры предполагается лишь изредка. Я имею в виду, что производитель изначально подразумевает, в какой примерно среде будет использоваться CPU (температура, влажность и пр.) и в соответствие с этим устанавливает требования к системе охлаждения.
Если говорить по простому то ТДП — это количество тепла которое выделяет проц (при нормальных условиях работы), обозначенное в условных единицах.
Кстати, прошу не путать TDP с энергопотреблением процессора, то есть первый параметр не показывает максимальную мощность устройства, а говорит, сколько тепла может отвести кулер.
Еще не стоит сравнивать показатели одной системы с другой. Потому что изготовители процев по-разному устанавливают требования по теплоотводу. Во-первых, рабочая температура в разных моделях отличается. И если для одних будет критичной 100 °С, для других — в половину меньшая.
Во-вторых, изготовители обычно указывают средние TDP для целых семейств микросхем. Но выпущенные ранее устройства потребляли меньше энергии, чем современные. Поэтому прописывается обычно максимальная величина, которая подходит для всех.
Перечислять требования для каждой линейки процев разных брендов я не буду, чтобы не захламлять статью лишней информацией. Если вам интересно, поищите в интернете характеристики конкретно для своего девайса. Вот например таблицы для i7: https://ark.intel.com
А вот таблица всех процов от АМД:
В общем. Если вы подбираете охлаждение для процика то берите кулер с показателем ТДП с небольшим запасом. На всякий случай.
На этом всё друзья.
Старался написать как можно более понятно и кратко, надеюсь вопросов не возникнет.
Помните, что на этом сайте вы всегда желанный гость.
TDP – Тепловыделение процессора: что это за параметр и как ее узнать?
Здравствуйте, дорогие читатели моего блога! Сегодня обсудим тепловыделение процессора – что это такое и на что влияет такой параметр, какое бывает максимальное и оптимальное значение, потребляет ли процессор полностью заявленное тепловыделение постоянно. Также рассмотрим несколько ЦП с низким выделением тепла для игр.
Что такое TDP
Thermal Design Power — одна из важных характеристик в описании ЦП. Переводится как расчетная тепловая мощность.
Эта величина указывает средние значения выделения тепла «камнем» при работе.
Может рассчитываться по разным схемам и указывать разные значения: например, когда все ядра полностью загружены, так и в «щадящем» режиме, когда CPU производит несложные вычисления.
Эта величина связана с энергопотреблением, однако не равна ему. Обычно центральный процессор выделяет в виде тепла почти всю энергию, которую потребляет. Соответственно, чем выше энергопотребление, тем выше будет и TDP.
Настройка TDP
Это гибкая величина, которую можно отрегулировать разными способами. Самые распространенные – управление тактовой частотой ЦП и напряжением. Сделать это может через БИОС или с помощью специальных утилит и сам пользователь. Кроме этого, «доработку напильником» выполняет и сам производитель.
Один и тот же CPU может использоваться в разных устройствах: тонком ультрабуке или мощном настольном ПК. Естественно, требования к тепловыделению у них разные: у лептопа этот показатель должен быть сведен к минимуму, так как его возможности теплоотвода ограничены.
Например, у Intel такое широко практикуется с массовыми ЦП i5 9400F, i7 9700K, i3 9100F или i3 8100. Аналогично дела обстоят у AMD, только модели другие. 65 вт — это много для ноутбука, однако вполне приемлемо для десктопного ПК. Соответственно, значение тепловыделения нужно коррелировать программными и аппаратными средствами.
Повысить тепловыделение (что зависит от повышения мощности, в первую очередь), можно благодаря внедрению более «жестких» сценариев разгона тактовой частоты и увеличения подаваемого напряжения. Чем больше CPU проработает в таком режиме, тем сильнее он нагреется.
В щадящем же режиме из-за невысокой нагрузки и тепла выделяется меньше. Кстати, аналогично дело обстоит с планшетами и смартфонами: на тех же моделях «камней» производители могут внедрять разные схемы TDP, поэтому производительность девайсов внутри одной линейки будет отличаться.
Это хорошо хотя бы тем, что производитель может адаптировать один и тот же чип под разные задачи, не «изобретая велосипед» повторно. Разработки по настройке TDP обходятся дешевле, чем создание с нуля процесса для производства CPU. А это сказывается на снижении конечной стоимости девайсов для потребителей.
Как узнать TDP процессора? Определить можно по модели, найдя спецификацию на сайте производителя. Узнать же модель используемого ЦП можно с помощью бесплатной утилиты CPU-Z или аналогичной — например, AIDA64 или Sandra.
Несколько процессоров с небольшим тепловыделением
Как и обещал, для примера несколько девайсов, которые выделяют мало тепла:
О том, как нагрузить CPU для проверки температуры, можно почитать здесь. Также советую ознакомиться со статьями «Какие бывают сокеты для ЦП» и «При какой температуре процессора отключается компьютер».
Если вы хотите своевременно получать уведомления о публикации новых материалов, подпишитесь на новостную рассылку. И не забывайте, что делясь постами этого блога в социальных сетях, вы помогаете его продвижению, за что я буду очень признателен. До скорой встречи!
Что такое TDP процессоров, видеокарт и систем охлаждения
При выборе центрального процессора или кулера для него, в характеристиках можно увидеть такой параметр, как TDP. Многие не обращают на него внимания, но это очень важная характеристика. Зная ее, и понимая что она значит, можно грамотно подобрать систему охлаждения под свой процессор или видеокарту. Если интересно, то читаем далее ⇒
Понятие тепловой расчетной мощности (TDP)
TDP расшифровывается как Thermal Design Power (Тепловая схема питания). Измеряется в ваттах. Технически TDP — это максимальное количество энергии, которое система охлаждения должна рассеивать, чтобы поддерживать работающую микросхему на уровне или ниже ее максимальной температуры.
Например, мы выбрали центральный процессор с TDP 105 Вт. Если процессор идет без кулера, то нам его необходимо докупить. Чтобы это сделать правильно, там надо подобрать такой кулер, в характеристиках которого параметр «рассеиваемая мощность
» равен или больше TDP вашего процессора. Лучше брать больше, так как многие производители завышают этот параметр.
» равен или больше TDP вашего процессора. Лучше брать больше, так как многие производители завышают этот параметр.Ниже на изображениях, я привел пример не правильного подбора кулера к процессору. Хотя кулер и возможно установить для охлаждения данного процессора, но его мощности будет не достаточно, чтобы обеспечить его работоспособность даже в номинальном режиме, не говоря уж об разгоне.
То же самое можно применить и к видеокарте, если вы меняете на ней систему охлаждения. TDP видеокарт так же указывается в их характеристиках, только несколько заувалировано.
Это может быть типичная мощность или потребляемая мощность. Очень хороший сервис для просмотра характеристик видеокарт и в частности потребляемой ими мощности, находиться тут. Все представлено в табличной форме, наглядно и удобно. В базе около 700 видеоадаптеров.
Некоторые нововведения Intel
Недавно корпорация Интел ввела дополнительный параметр в характеристики своих процессоров Называется он «Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения)».
Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения) — режим работы процессора, при котором поведение и производительность изменяются при уменьшении величины TDP, при частоте процессора на неподвижных точках.
Этот режим обычно используется производителями систем для оптимизации мощности и производительности. Настраиваемая частота TDP (в сторону уменьшения) указывает на среднее значение производительности в ваттах, когда мощность процессора рассеивается (при работе в режиме настраиваемой величины TDP (в сторону уменьшения) в условиях сложной нагрузки, определяемой Intel.
Для нас, обычных пользователей, это сложный для понимания параметр и абсолютно не нужный на практике. Зачем его указывать в характеристиках своих процессоров мне непонятно. Это только создает неразбериху при определении энергопотребления ЦП.
Заключение
Практическая польза от знания TDP того или иного устройства для обычного пользователя заключается в том, что зная его рассеиваемую тепловую мощность, мы не ошибемся при выборе устройства для его охлаждения.
Это позволит нам сэкономить, не переплачивая за более мощную систему охлаждения, которая будет избыточна. А так же убережет от покупки заведомо маломощной системы, которой будет недостаточно для охлаждения процессора или видеокарты.
TDP разогнанного процессора или видеокарты значительно возрастает. Причем, чем сильнее разгон, тем меньше рост производительности на единицу энергопотребления. Учитывайте это. Плохое охлаждение сокращает срок службы электронного устройства.
Краткое руководство по управлению питанием процессора
Как центральный процессор может сокращать собственное энергопотребление? Основы этого процесса — в статье.
Центральный процессор (CPU) спроектирован на бесконечно долгую работу при определенной нагрузке. Практически никто не проводит вычисления круглые сутки, поэтому большую часть времени он не работает на расчетном максимуме. Тогда какой смысл держать его включенным на полную мощность? Здесь стоит задуматься об управлении питанием процессора. Эта тема включает в себя оперативную память, графические ускорители и так далее, но я собираюсь рассказать только про CPU.
Если вы знаете про C-состояния (C-states), P-состояния (P-states) и то, как процессор переходит между ними, то, возможно, в этой статье вы не увидите ничего нового. Если это не так, продолжайте читать.
Я планировал добавить реальные примеры из ОС Linux, но статья становилась все больше, так что я решил приберечь это для следующей статьи.
Основные источники информации, использованные в этом тексте:
Особенности CPU
Согласно официальной странице продукта, мой процессор поддерживает следующие технологии:
Теперь выясним, что значит каждое из этих определений.
Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?
На процессорах для массового использования (мы не берем в расчет вещи, которые возможны при их проектировании) для снижения потребляемой энергии можно реализовать один из сценариев:
Второй вариант требует чуть больше объяснений. Энергопотребление интегральной схемы, которой является процессор, линейно пропорционально тактовой частоте и квадратично напряжению.
Примечание для тех, кто разбирается в цифровой электронике: Pcpu = Pdynamic + Pshort circuit + Pleak. При работающем процессоре Pdynamic является наиболее важной составляющей, именно эта часть зависит линейно от частоты и квадратично от напряжения. Pshort circuit пропорционально частоте, а Pleak — напряжению.
Более того, напряжение и тактовая частота связаны линейной зависимостью.
Высокая производительность требует повышенной тактовой частоты и увеличения напряжения, что еще больше влияет на энергопотребление.
Каков предел энергопотребления процессора?
Это во многом зависит от процессора, но для процессора E3-1245 v5 @ 3.50 ГГц расчетная тепловая мощность (Thermal Design Power, TDP) составляет 80 ватт. Это среднее значение, которое процессор может выдерживать бесконечно долго (Power Limit, PL1 на изображении ниже). Системы охлаждения должны быть рассчитаны на это значение, чтобы быть надежными. Фактическое энергопотребление процессора может быть выше в течение короткого промежутка времени (состояния PL2, PL3, PL4 на изображении ниже). TDP измеряется при нагрузке высокой вычислительной сложности (худший случай), когда все ядра работают на базовой частоте (3.5 ГГц).
Как видно на изображении выше, процессор в состоянии PL2 потребляет больше энергии, чем заявлено в TDP. Процессор может находиться в этом состоянии до 100 секунд, а это достаточно долго.
Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Вот два способа снизить энергопотребление процессора:
P-состояния описывают второй случай. Подсистемы процессора работают, но не требуют максимальной производительности, поэтому напряжение и/или тактовая частота для этой подсистемы может быть снижена. Таким образом, P-состояния, P[X], обозначают, что некоторая подсистема (например, ядро), работает на заданной паре (частота, напряжение).
Так как большинство современных процессоров состоит из нескольких ядер, то С-состояния разделены на С-состояния ядра (Core C-states, CC-states) и на С-состояния процессора (Package C-states, PC-states). Причина появления PC-состояний очень проста. Существуют компоненты с общим доступом (например, общий кэш), которые могут быть отключены только после отключения всех ядер, имеющих доступ к этому компоненту. Однако мы в роли пользователя или программиста не можем взаимодействовать с состояниями пакета напрямую, но можем управлять состояниями отдельных ядер. Таким образом, управляя CC-состояниями, мы косвенно управляем и PC-состояниями.
Состояния нумеруются от нуля по возрастанию, то есть C0, C1… и P0, P1… Большее число обозначает большее энергосбережение. C0 означает, что все компоненты включены. P0 означает максимальную производительность, то есть максимальные тактовую частоту, напряжение и энергопотребление.
С-состояния
Вот базовые С-состояния (определенные в стандарте ACPI).
Примечание: Из-за технологии Intel® Hyper-Threading существуют также С-состояния потоков. Хотя отдельный поток может работать с С-состояниями, изменения в энергопотреблении происходят, только когда ядро входит в нужное состояние. В данной статье тема C-состояний на потоках рассматриваться не будет.
Вот описание состояний из даташита:
Примечание: LLC обозначает Last Level Cache, кэш последнего уровня и обозначает общий L3 кэш процессора.
Визуальное представление состояний:
Источник: Software Impact to Platform Energy-Efficiency White Paper
Последовательность C-состояний простыми словами:
Однако если ядро работает (C0), то единственное состояние, в котором может находиться процессор, — C0. С другой стороны, если ядро полностью выключено (C8), процессор может находиться в C0, если другое ядро работает.
Примечание: Intel Software Developer’s Manual упоминает про суб-C-состояния (sub C-state). Каждое С-состояние состоит из нескольких суб-С-состояний. После изучения исходного кода модуля ядра intel_idle я понял, что состояния C1 и C1E являются состоянием С1 с подтипом 0 и 1 соответственно.
Число подтипов для каждого из восьми С-состояний (0..7) определяется с помощью инструкции CPUID. Для моего процессора утилита cpuid выводит следующую информацию:
Замечание из инструкции Intel: «Состояния C0..C7 для расширения MWAIT — это специфичные для процессора C-состояния, а не ACPI C-состояния». Поэтому не путайте эти состояния с ACPI C-состояниями, они явно связаны и между ними есть соответствие, но это не одно и то же.
Я создал гистограмму, представленную ниже, из исходного кода драйвера intel_idle для моего процессора (модель 0x5e). Подписи горизонтальной оси:
Имя C-состояния: специфичное для процессора состояние: специфичное суб-состояние.
Вертикальная ось обозначает задержку выхода и целевые резидентные значения из исходного кода. Задержка выхода используется для оценки влияния данного состояния в реальном времени (то есть сколько времени потребуется для возвращения в С0 из этого состояния). Целевое резидентное значение обозначает минимальное время, которое ядро должно находиться в данном состоянии, чтобы оправдать энергетические затраты на переход в это состояние и обратно. Обратите внимание на логарифмический масштаб вертикальной оси. Задержки и минимальное время нахождения в состоянии увеличивается экспоненциально с увеличением номера состояния.
Константы задержок выхода и целевых резидентных значении C-состояний в исходном коде intel_idle
Примечание: Хотя состояния С9 и С10 включены в таблицу, они имеют 0 суб-состояний и поэтому не используются в моем процессоре. Остальные процессоры из семейства могут поддерживать эти состояния.
Состояния питания ACPI
Прежде чем говорить про P-состояния, стоит упомянуть про состояния питания ACPI. Это то, что мы, пользователи, знаем, когда используем компьютер. Так называемые глобальные системные состояния (G[Х]) перечислены в таблице ниже.
Источник: ACPI Specification v6.2
Также существует специальное глобальное состояние G1/S4, Non-Volatile Sleep, когда состояние системы сохраняется на энергонезависимое хранилище (например, диск) и затем производится выключение. Это позволяет достичь минимального энергопотребления, как в состоянии Soft Off, но возвращение в состояние G0 возможно без перезагрузки. Оно более известно как гибернация.
Существует несколько состояний сна (Sx). Всего таких состояний шесть, включая S0 — отсутствие сна. Состояния S1-S4 используются в G1, а S5, Soft Off, используется в G2. Краткий обзор:
Вот поддерживаемые состояния ACPI.
Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора
Приятно видеть все комбинации в таблице:
В состоянии G0/S0/C8 системы процессора запущены, но все ядра отключены.
В G1 (S3 или S4) некорректно говорить про С-состояния (это касается как CC-состояний, так и PC-состояний), так как процессор полностью обесточен.
Для G3 не существует S-состояний. Система не спит, она физически отключена и не может проснуться. Ей необходимо сначала получить питание.
Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?
Современный (но не единственный) способ запросить переход в энергосберегающее состояние — это использовать инструкцию MWAIT или инструкцию HLT. Это инструкции привилегированного уровня, и они не могут быть выполнены пользовательскими программами.
Инструкция MWAIT (Monitor Wait) заставляет процессор перейти в оптимизированное состояние (C-состояние) до тех пор, пока по указанному (с помощью другой инструкции, MONITOR) адресу не будет произведена запись. Для управления питанием MWAIT работает с регистром EAX. Биты 4-7 используются для указания целевого С-состояния, а биты 0-3 указывают суб-состояние.
Примечание: Я думаю, что на данный момент только AMD обладает инструкциями MONITORX/MWAITX, которые, помимо мониторинга записи по адресу, работают с таймером. Это еще называется Timed MWAIT.
Инструкция HLT (halt) останавливает выполнение, и ядро переходит в состояние HALT до тех пор, пока не произойдет прерывание. Это означает, что ядро переходит в состояние C1 или C1E.
Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?
Как отмечалось ранее, переходы между глубокими С-состояниями имеют высокие задержки и высокие энергетические затраты. Таким образом, такие переходы должны выполняться с осторожностью, особенно на устройствах, работающих от аккумуляторов.
Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?
Это возможно, но не рекомендуется. В даташите (секция 4.2.2, страница 64) есть примечание: «Долгосрочная надежность не гарантируется, если все энергосберегающие состояния простоя не включены». Поэтому вам не стоит отключать С-состояния.
Как прерывания влияют на процессор\ядро в состоянии сна?
Когда происходит прерывание, соответствующее ядро пробуждается и переходит в состояние С0. Однако, например Intel® Xeon® E3-1200 v5, поддерживает технологию Power Aware Interrupt Routing (PAIR), у которой есть два достоинства:
P-состояния
P-состояния подразумевают, что ядро в состоянии С0, потому что ему требуется питание, чтобы выполнять инструкции. P-состояния позволяют изменять напряжение и частоту ядра (другими словами рабочий режим), чтобы снизить энергопотребление. Существует набор P-состояний, каждое из которых соответствует разных рабочим режимам (пары напряжение-частота). Наиболее высокий рабочий режим (P0) предоставляет максимальную производительность.
Процессор Intel® Xeon® E3–1200 v5 позволяет контролировать P-состояния из операционной системы (Intel® SpeedStep Technology) или оставить это оборудованию (Intel® Speed Shift Technology). Вся информация ниже специфична для семейства Intel® Xeon® E3-1200 v5, но я полагаю, это в той или иной степени актуально и для других современных процессоров.
P-состояния, управляемые операционной системой
В этом случае операционная система знает о P-состояниях и конкретном состоянии, запрошенным ОС. Проще говоря, операционная система выбирает рабочую частоту, а напряжение подбирается процессором в зависимости от частоты и других факторов. После того, как P-состояние запрошено записью в моделезависимый регистр (подразумевается запись 16 бит в регистр IA32_PERF_CTL), напряжение изменяется до автоматически вычисленного значения и тактовый генератор переключается на заданную частоту. Все ядра имеют одно общее P-состояние, поэтому невозможно установить P-состояние эксклюзивно для одного ядра. Текущее P-состояние (рабочий режим) можно узнать, прочитав информацию из другого моделезависимого регистра — IA32_PERF_STATUS.
Смена P-состояния мгновенна, поэтому в секунду можно выполнять множество переходов. Это отличает от переходов C, которые выполняются дольше и требуют энергетических затрат.
P-состояния, управляемые оборудованием
В этом случае ОС знает об аппаратной поддержке P-состояний и отправляет запросы с указанием нагрузки. В запросах не указывается конкретное P-состояние или частота. На основе информации от ОС, а также других факторов и ограничений оборудование выбирает подходящее P-состояние.
Я хочу рассказать об этом подробнее в следующей статье, но сейчас я поделюсь с вами своими мыслями. Мой домашний компьютер работает в этом режиме, я узнал это, проверив IA32_PM_ENABLE. Максимальный (но не гарантированный) уровень производительности — 39, минимальный — 1. Можно предположить, что существует 39 P-состояний. На данный момент уровень 39 установлен ОС как минимальный и как максимальный, потому что я отключил динамическое изменение частоты процессора в ядре.
Заметки про Intel® Turbo Boost
Поскольку TDP (расчетная тепловая мощность) — это максимальная мощность, которую процессор может выдержать, то процессор может повышать свою частоту выше базовой, при условии что энергопотребление не превысит TDP. Технология Turbo Boost может временно повышать энергопотребление до границы PL2 (Power Limit 2) на короткий промежуток времени. Поведение Turbo Boost может быть изменено через подсказки оборудованию.
Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?
Для примера, недавний MacBook Air с процессором i5-5350U в основном поддерживает возможности, описанные выше (но я не уверен про P-состояния, контролируемые оборудованием). Я также смотрел документацию ARM Cortex-A, и, хотя там применяются другие термины, механизмы управления питанием выглядят похоже.
Как это все работает, например, на Linux?
На этот вопрос я отвечу в другой статье.
Как я могу узнать состояние процессора?
Существует не так много приложений, которые могут выводить эту информацию. Но вы можете использовать, например, CoreFreq.
Вот какую информацию можно получить (это не весь вывод).
Вот информация о ядре, включая информацию о драйвере idle.
Мониторинг счетчиков С-состояний (для ядра):