关于TDP是否就是功耗的问题,之前讲过很多次了,本篇作为一篇单独文章展开讲一下,大部分人不知道Intel的TDP和95W这个神奇的数值是怎么来的,其中还不包含一些比较复杂的工况需要解释。

像CPU这样近乎纯电阻的元件,输入的电能最后几乎都转换为热能。主板的CPU供电接口输入的电能,一部分经过主板VRM电路在降压的时候损耗掉,剩下的几乎都是CPU在执行运算的时候转化为热能。当代的处理器规模实在是太大了,据称Intel Core i9-9900K有约30亿+个晶体管,显卡方面就更夸张了,NVIDIA RTX2080Ti塞了186亿个晶体管,规模几倍于9900K这样的桌面高端CPU。

为了控制功耗,芯片一般都不会火力全开,而是采取关闭部分芯片区域、降低工作电压、降低工作频率(DVFS机制)等策略来降低功耗。这是理论基础和当前的时代背景,现在已经不是以前那种CPU满负荷=TDP=最大功耗的时代了,而是有多重功耗限制,很克制。

图1,在Intel的技术文档『8th and 9th Generation Intel® CoreTM Processor Families Datasheet, Volume 1 of 2 』的第五章 Thermal Management 热管理 中对当前的第八代、第九代酷睿的发热和功耗做了相应的介绍,为什么没有第十代呢?Intel没有给技术文档。

TDP,Thermal design power/热设计功耗的缩写,是Intel为处理器指定的TjMAX最大结温工作条件下的最大平均功耗,具体到以上提到的技术文档的5.1.1章节散热考虑中对其工作条件的定义是“在基础频率并且不运行AVX任务时的最大持续功率”。它是提供给主板厂商、散热器供应商参考的设计值。

举个例子,Core i9-9900K的TDP是95W,在全核心运行3.6GHz基础频率并且不运行AVX任务时,它的持续功率最高就在95W。其实应该反过来讲,指定了最大持续功率之后,CPU的核心工作数量、运行频率、电压应该就是一个确定值。

那么开启了Turbo Boost Technology 2.0睿频或者超频或者运行AVX任务时的功率呢?要知道购买了9900K的用户几乎不会锁在3.6GHz基础频率运行的吧。

图2,Intel在封装功率控制中介绍了4种Power Limit功率限制设置和Tau加速时间参数,用来匹配睿频2.0、功率传输和散热解决方案。

Power Limit 1 / 功率限制1,也就是常说的PL1,大多数情况下等于TDP,是CPU运行在默认主频率不含睿频和AVX的功耗,在本文讨论的范围内也就是95W,CPU可以一直运行在这个状态下。

Power Limit 2 / 功率限制2,PL2,在配置了 PL1 Tau加速时间参数之后可以达到的最大功率限制,图解见图3。最大可以配置100秒,其实也就是睿频2.0之后的最大功率限制,H/U Line的CPU一般是1.25倍PL1,主板厂家可以自行配置。但是9900K不一样了(技术规格书上也没写),常见的PL2值是210W,2.21倍于PL1/TDP。如果用户开睿频2.0跑全核心4.7GHz,那么请忘记TDP值,即便是主板厂商没有解锁210W限制。当然在选购散热器和电源的时候,也别按95W来,要知道超频之后功率都是指数上升的。

Power Limit 3/4,即PL3/和PL4,默认主板都是关闭的,但是从一些资料上看,PL3被称为Battery limit电池限制,PL4被称为Power delivery limit功率传输限制,PL4最长可以持续10ms。PL3按Intel技术文档的介绍是受限于快速功率限制算法的一个功率限制。

按我个人的理解和测试,PL3可能是受限于板卡上的储能元件比如电容、电感所能输出的短时功率,PL4则是CPU在DVFS机制时可能会触发到的功率峰值,比如9900K在超频的情况下可以冲到37A/444W,波形持续约400μs,见图4通道3洋红通道,可能会触发到电源的OPP过功率保护和UVP低压保护,电源这种工作频率在几十到上百KHz的配件是需要响应CPU、显卡需求的,这是极限超频玩家、电源厂家需要考虑的事情。

又有人要说“你又要骗我们买大功率电源了”。工况就是这么复杂,最近散热器厂家新品层出不穷就是一个反映。我也不知道一些玩家所谓的“电源按TDP 1.5倍来买”的1.5倍系数是怎么来的。总之不要按TDP买。

AMD的具体情况不知道,没技术文档,没实物。