CPU功耗和實際功耗之間的關系

CPU功耗和實際功耗之間的關系

   當CPU的散熱設計功耗(TDP: Thermal Design Power) 值 主要是提供給計算機系統廠商，散熱片/風扇廠商，以及機箱廠商等等進行系統時使用的。因為TDP的值表明，對應系列CPU 的 終版本在滿負荷(CPU 利用率為的理論上)可能會達到的 高散熱熱量。但是，TDP值并不等同于CPU的實際功耗，更沒有算術關系。

　　CPU的實際功耗沒有捷徑獲得，只能實際測試。實際功耗對 終用戶才有意義。

　　下圖是英特爾公司中國應用設計中心(ADC) 設計的測試PC 功耗的簡單工具

　　對于一個系列的CPU，英特爾一般給出一個整體的TDP值，不會為每個系列的不同型號的CPU提供不同的TDP值，所以大家可以看到一大批不同型號的CPU都通用一個TDP值。例如，英特爾已經發布的酷睿2 雙核 6xxx 系列，4xxx 系列和奔騰雙核 2xxx 系列，甚至這些系列后續的新型號，提供的散熱設計功耗(TDP)值都為65W，CPU的主頻跨度從1.6GHz 到3.0GHz，甚至將來更高主頻的產品。難道這些CPU的理論 高散熱功耗都為65W(瓦)?不是的。只有將來 高性能的型號在滿負荷的時候可能會達到這個值。

　　為什么要這么做呢?為了方便系統的設計以及廠商對部件物料的管理。因為散熱片/風扇/機箱廠商以及計算機系統廠商只要設計或采用一套可以幫助CPU散熱達到65W的方案，就可以在系統中采用符合TDP 65W的所有CPU。否則，TDP值分的過細，廠商在管理部件上就太紛雜了，要為每一個型號的CPU配備貼切的散熱片/風扇/機箱，為20種型號的CPU準備20種物料?好像沒有人愿意這么做。

　　 終用戶關注的是CPU的實際功耗，但是實際功耗和實際的應用聯系在一起，而且和CPU采用的節能技術密切相關，所以無法得到統一的結果，即使有也是典型應用的實際測試值。另外，CPU不能單獨工作，必須和系統在一起的，所以我個人的意見還是要看系統的整體功耗，它才對 終用戶才有實際意義。例如，一個極端的例子，如果花很多精力在降低計算機內部各個部件的能耗，可是忘了選擇一個高轉換效率的機箱電源，如果這個電源輸入功率為300W(瓦),但是交流到直流的轉換效率只有50%，那么有一半的功耗在轉換過程中就浪費掉了。150瓦呀，不是個小數字!

　　從TDP是得不出CPU的實際功耗的，用計算機內部各個部件的TDP值相加得出整個系統的功耗，邏輯上似乎沒有任何問題，事實上這項“創舉”已經變成業界的笑談。

　　CPU的實際功耗應該等于=實際輸入CPU的電流(A)× CPU的實際電壓(V)，它是供電電壓和電流的乘積。 好的辦法是用精密的功率工具去測試。

　　下圖是上面說明的PC功耗測試工具的連接示意圖

　　另外，籠統地計算一個CPU在一個晝夜24小時反復運行一組程序，然后計算累計功耗，是非常誤導的測試，因為一個高能效的CPU，可以在相同的時間完成更多的工作。

　　所以，CPU的實際功耗測試應該是用一組統計出來的程序組合，模擬人們使用計算機的習慣讓計算機運行，如辦公場景，典型的測試軟件為SysMark，家用環境為PCMark，建議用 新的版本。

　　這樣，性能好節能效果好的CPU，就可以在更短的時間內完成任務，依次進入等待，空閑，休眠，深度休眠等節能狀態。例如，同樣一段高清影片的壓縮，高性能的CPU可以在5分鐘完成，差的CPU需要10分鐘完成。提前完成工作的CPU可以做別的工作，或者在剩下的5分鐘處于低負荷的運行狀態——CPU利用率低，系統功耗就小，甚至進入休眠。對于需要10分鐘完成的CPU，后5分鐘還是需要讓CPU處于高負荷的運行狀態，整個系統都需要處于相對高負荷的狀態，由此可見能耗是無法和高性能的CPU相比的。

　　采用 新工藝， 新架構和 新的節能技術的CPU，都是廠商追求的目標，因為只有這些新技術可以確保高性能低能耗技術的實現。例如，從65納米轉向45納米，每個晶體管可以減低5倍以上的漏電流，每個晶體管性能提高20%以上，驅動電量下降30%以上。如果晶體管的數量上數億個，能節省的功耗就非常可觀了。

　　采用這些新技術，就是要讓更多的功耗用于CPU實際的運算中。這就好比日光燈和白熾燈，前者電-光轉換效率高達80% 以上，不到20%轉換為熱，白熾燈電-光轉換效率為50%，有一半轉化為熱量了，熱量不是我們要的，白白浪費了。所以同樣是60瓦的日光燈，要比60瓦的白熾燈亮多了，手摸上去也是溫溫的，而日熾燈會燙手的。這就是現在節能燈都是日光燈的原因吧。

　　用戶對CPU性能的提升是沒有止境的，英特爾公司面臨的挑戰還是：在不斷提高性能的同時，控制能耗不變甚至降低能耗，如何解決芯片單位面積熱密度不斷提到的業界難題等等。

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