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[主板] TDP真的不是功耗?讲解“睿频”技术发展史

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Tahiti

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发表于 2019-1-31 23:47:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在之前一篇文章中我提到了为何我要单独测量CPU的功耗,而不是直接对比TDP就行。
图片:被怼.PNG[删除]


这时候有部分人指出TDP不等于输入功耗,而是发热功率,然后专门把TDP的定义给我发一遍。
图片:TDP.PNG[删除]


为了防止有人说我在喷人,,我干脆把ID和头像画去。
图片:CACEBF90621B4939CD93472BA0E68269.jpg[删除]


图片:EB009694144BB577D52EEE0623BBB737.jpg[删除]


甚至还说我误导别人~
图片:屏幕快照 2019-01-27 上午7.57.44.png[删除]


最后在我解释之后居然删了评论~
图片:删除.PNG[删除]


还有人说TDP是用来选择散热器,你确定95W的散热器压得住9900K?
图片:TDP怕、.PNG[删除]


在此我干脆讲解一下这三个概念:“睿频”、“TDP”、“功耗”。
  
输入功率与发热功率
实际上输入功耗就是实际的发热量。当然这时候可能也有人说能量可以转换成其他能量啊!不一定得发热!
根据相对论,还可以转换成质量。要是那么容易转换成质量,那么欧核中心也不会是这个样子了。
图片:对撞机.jpg[删除]


应该是这样
图片:挖矿.jpg[删除]


质量不增加还可以变成电磁波发射出去。
路由器的发射功率才10mW,基站也就50w而已,建设基站都可以让几个小区的人来反对。一个CPU就达到了100W的发射功率,你确定你家路由器不会被压制得直接宕机?你一回到了家中一开电脑,这么大的功率,你们小区的人不会来你家敲门,说辐射影响?
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图片:u=1511841048,3399125342&fm=173&app=49&f=JPEG.jpg[删除]


如果有人可以证明发热功耗(当然也得包括极少量的电磁波)可以远小于输入功耗,那么请告诉我方法,我给你二十万美金,毕竟诺贝尔奖奖金更多。
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图片:诺贝尔奖.png[删除]


储存成化学能呢?
你的CPU用了那么久,还是一小块,体积质量也没有增加(就算增加你也测不出来),比现在电池的储能密度高多了,这个发现可以然你同时在之前诺贝奖物理奖的基础上再获得一个化学家,重新定义下一个十年的电池。  
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图片:重新定义.jpg[删除]


至于现在为何CPU的实际功耗会远高于TDP?
关于这个问题这不得不谈到CPU的发展史。

根据这个定义,早期的CPU的功耗是低于TDP的,注意是低于哦!
图片:TDP.PNG[删除]


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有的人会注意到,不同的i5甚至是i7频率甚至核心数量完全不一样,为何TDP都一样?实际上TDP指的是最大值,只要高频i7低于这个45w,那么低频的i5也必然会低于这个值。实际上这些功耗相差不大的CPU Intel也懒得单独去算TDP,毕竟这个关系到厂家对散热系统的设计,通常来说都先设计出旗舰,然后依次缩水/阉割出不同的产品,只要旗舰没问题更低端的也肯定没问题。
图片:i5.jpg[删除]


就相当于有人问我月薪多少,我说不到10万,实际上我才3000,这种说法我也确实没有骗人。
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睿频1.0
在2008年,Intel发布了Nehalem,核心数也达到了4核。随着核心数量的增多,功耗也会呈现爆炸性的增大,为了保证产品的寿命和稳定性,在散热器性能有限的情况下,会让单核功耗下降。虽然总体的性能提升非常大,但是软件的多线程优化不足,在很多时候并不能完全发挥多线程的性能优势。
睿频1.0就是在急需单核/双核时重新分配各个核心的功耗,让正在使用的单核分配到最大的功耗,这样就可以避免出现高端CPU在一些日常使用中不如低端CPU的尴尬场景。
这时候CPU的满载功耗还是低于TDP的。
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图片:屏幕快照 2019-01-29 下午9.29.31.png[删除]



睿频2.0
    脉冲宽度调制:洋文名字Pulse
Width Modulation
,简称PWM。
在下面这个图中,如果开启时间为整个开启和关闭的时间的一半,那么输出的等效值为开启值的二分之一。

其中开启时间除以整个开关周期的时间的比例叫做“占空比”。
图片:5_93_d7f47620b546daf.jpg[删除]


稍微拓展一下便可知道,如果我想要0.2的输出值,那么只要保证占空比为0.2就可以了(一个周期内,1/5时间开启,4/5时间关闭)。通过这个办法就可以做到任意输出0-1的任意一个值。
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      其实在使用中CPU也是这样的,大部分时间里cpu并没有完全利用,但是有时候在需要性能时往往会出现性能不够的时候。而TDP指的是散热功率,由于有热惯性的存在,cpu短暂的高功率运行并不会有太大的影响。所以人们开始让cpu在正常使用中以较低的频率运行(这部分相当于整个周期中未开启部分),而在需要高性能时自动超频(相当于整个周期中开启的部分),这样可以在散热不佳的设备中塞入高性能硬件(平均功耗不高,但是峰值性能很高)。不过这样也是有缺点的,那就是并不能长时间以如此高性能运行,当温度过高时便会自动降频。
     其中最有代表性的便是Core M,凭借仅仅4.5wtdp是其可以放入无风扇的平板电脑中。但是由于具备极高的睿频,在性能测试中能与55w的桌面级奔腾处理器获得了相当的性能(虽说持久力并不好,但是也没人会用core m做高负荷的工作。我只能说另请高明了)。
图片:5_93_43e23b846c5573f.gif[删除]


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随着散热器水平的不断提高,特别是一些六热管甚至八热管散热器的出现,让CPU的散热不再是瓶颈,使得功耗可以进一步加大由于压榨性能。在2011年,Sandy Bridge中带来了睿频2.0。
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图片:屏幕快照 2019-01-29 下午9.59.24.png[删除]


图片:屏幕快照 2019-01-29 下午9.58.19.png[删除]


图片:屏幕快照 2019-01-29 下午9.58.29.png[删除]


图片:屏幕快照 2019-01-29 下午9.59.15.png[删除]


  
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在睿频2.0中有四个功耗限制等级:
PL1:默频,可以长时间工作,此时的值就是TDP。
PL2:可以以高于默认频率较长时间工作(有时间限制并不是无限的)。
PL3:偶尔可以超过的值,不过超过了会马上强制缩回(也就是功率处于跳动状态)。
PL4:无论如何都不能超过的值。
其中PL3和PL4是默认禁止的。
图片:屏幕快照 2019-01-29 下午10.19.59.png[删除]


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通过下面这张图可以看出,在开始阶段,CPU可以高于TDP工作,这时候平均功率逐渐加大,当平均功率达到TDP后,CPU降为默频工作,保证不会过热。
图片:屏幕快照 2019-01-29 下午10.18.42.png[删除]


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对于一些洋文不好的人,也可以去Intel中文官网中搜索“睿频2.0”,其中Intel也专门说明了,是可以以高于TDP的值进行工作。
图片:2.0.PNG[删除]


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点开挨打64的CPUID,就可以查看到功耗限制和时间限制,以及多核睿频(我这个E5的全核心睿频是解锁的,所以看起来都是3.8G,实际上满载也就3.2G)。
图片:E5.PNG[删除]


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正是因为短时间内CPU可以以更高的功率工作,所以八代低压CPU,可以接近以15W的散热器,在一些较短时间完成的应用中做到超越之前标压CPU的性能。
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图片:8550u.PNG[删除]



根据不同的散热需求,笔记本时间也是可以改TDP和频率,以及PL2的时间。
图片:捕获.PNG[删除]


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不过所谓的TDP限制主要还是在服务器和笔记本上,毕竟那些地方对散热非常敏感。而家用台式机上对功耗并不是那么敏感,而且是散热过剩,所以现在大部分主板都可以锁住睿频,使其可以长时间以睿频运行,这就是为何现在的CPU功率都远大于TDP的原因。

以默频工作的9900K功耗为83.3W低于TDP的95W,实际上Intel的95W也不是故意写低的(乱写会上法院的)。
图片:9900K 默频.PNG[删除]


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不过高端主板并不会这样做,因为能够买得起这些主板的人往往都更在乎性能而不是功耗,如果一个厂家以省电为由长时间工作在默频,必定会得到玩家的吐槽:“那么贵的主板性能还不如另一个便宜的XX”。在开启睿频之后功耗暴增到210W。(此图来自于MSI林工《板厂没有说的秘密》)
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图片:9900K睿频.PNG[删除]


当然对于一些比较缩水的主板还是老老实实按照默频来跑,因为供电设计无法做到长时间满足如此大的功率。其实消费者也不要担心买了高功率的CPU会让自己的主板爆炸,因为厂家比玩家更害怕出问题,毕竟出了问题人家要负责售后的,而且问题太多也严重影响口碑,这种情况下厂家也会限制CPU功耗,防止出现问题。这也是为什么会出现一些低端主板跑分不如一些高端主板的原因之一。
吃瓜大师在对比8400上低端板时,就出现了明显的降频。
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图片:8400.PNG[删除]


如果以上说法你还是没明白,那么我通过长跑来解释。这里的体能就是散热/供电性能,而跑步是速度就是CPU的性能。
图片:po.png[删除]


在平时训练中都是以平路的时间计时,然后得到平均速度。不过这一次比赛和平时不一样,是一个山路。

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没有睿频:如果按照平时的速度来跑,上坡时体能会跟不上,在下坡时按照这个速度跑又不够快。
  
睿频1.0:在上坡时速度稍微慢一点,在下坡时速度快一点,平均速度不变,但是没有感觉那么累。
  
睿频2.0:一起跑就以较快的速度冲刺,当冲到上坡时,如果体能还够那么就继续冲刺,体能不够就减速。也就是跑步速度(性能/功耗)是按照体能(散热/供电状态)实时调节。
其中是否可以以睿频工作由非常多的因素决定的,Intel也说到了如果条件允许以超过TDP来运行。
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睿频3.0:
   核心CPU来说,每一个核心的体质都不一样,也就是有的核心频率可以可以很高,有的很低。在2.0时期,都是随机挑选核心跑单双核睿频,这时候频率只能以体制最差的核心来设置。睿频3.0指的是在出场之前,Intel就帮你测试了体质,从中选择了体制最好的核心,在需要单双核睿频的时候,使用体质最好的核心以更高的频率完成。
   不过这个技术现在也就只有核心数多的CPU才有(Broadwell-E以后的)。
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图片:3.0.PNG[删除]


总结:
1.      输入功耗就是发热功耗。
2.      在没有睿频或者睿频1.0时,CPU的最大功率是低于TDP值。
3.      在睿频2.0之后CPU的功耗会根据温度等信息实时调节,实际输入功耗会大于TDP。在配电源时需要根据最大功率,而不是TDP。                               




ThreadRipper 2950X
256G ECC
Vega FE CF
AX1500i
Intel 750 1.2TB
以上配置不是我的

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发表于 2019-2-2 19:26:27 | 显示全部楼层
感觉我电脑分辨好像不对

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发表于 2019-3-4 16:09:34 | 显示全部楼层
TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文直译是“散热设计功耗”。
其实说白了,就是满载的时候单位时间内会有多少电能被变成了热能,对于CPU来说,电能基本上都转换成了热能,无论是U*U/R还是I*I*R或者U*I,都会是一个相近的数字,为什么说是相近,总有部分电能变成了其他能,或者被抵消了。
所以TDP只是个参考值。
现在讨论的是为什么有的CPU功耗会远远大于TDP,比如9900K,一跑AVX 256\512指令就会导致功耗爆表,如果不跑的时候,功耗还是正常的,现在CPU厂商便聪明了,你散热器好的平台性能就比散热器差的平台性能要高,因为温度,比如你散热器的能力只有95W,但是CPU发热是125W,那么温度散不出去,那么就会降频了,如果你的散热器有150W的散热能力,那么区区125W的发热功耗就不存在温度爆表的问题,那么就能够全程高速跑。

所以说,现在看TDP没有太大的实际意义,只是对散热器的一个参考。,对于现在的CPU来说,散热器越好,性能发挥越好,哪怕用65W的散热器去压9900K,也不会烧电脑、死机,只是频率跑不上来而已。
葵花在手,啊哈哈哈哈哈哈!
江山我有,啊哈哈哈哈哈哈!
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