CPU功耗和實(shí)際功耗之間的關(guān)系

CPU功耗和實(shí)際功耗之間的關(guān)系

   當(dāng)CPU的散熱設(shè)計(jì)功耗(TDP: Thermal Design Power) 值 主要是提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廠商，散熱片/風(fēng)扇廠商，以及機(jī)箱廠商等等進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)使用的。因?yàn)門(mén)DP的值表明，對(duì)應(yīng)系列CPU 的 終版本在滿負(fù)荷(CPU 利用率為的理論上)可能會(huì)達(dá)到的 高散熱熱量。但是，TDP值并不等同于CPU的實(shí)際功耗，更沒(méi)有算術(shù)關(guān)系。

　　CPU的實(shí)際功耗沒(méi)有捷徑獲得，只能實(shí)際測(cè)試。實(shí)際功耗對(duì) 終用戶才有意義。

　　下圖是英特爾公司中國(guó)應(yīng)用設(shè)計(jì)中心(ADC) 設(shè)計(jì)的測(cè)試PC 功耗的簡(jiǎn)單工具

　　對(duì)于一個(gè)系列的CPU，英特爾一般給出一個(gè)整體的TDP值，不會(huì)為每個(gè)系列的不同型號(hào)的CPU提供不同的TDP值，所以大家可以看到一大批不同型號(hào)的CPU都通用一個(gè)TDP值。例如，英特爾已經(jīng)發(fā)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(xù)的新型號(hào)，提供的散熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)值都為65W，CPU的主頻跨度從1.6GHz 到3.0GHz，甚至將來(lái)更高主頻的產(chǎn)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(lái) 高性能的型號(hào)在滿負(fù)荷的時(shí)候可能會(huì)達(dá)到這個(gè)值。

　　為什么要這么做呢?為了方便系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及廠商對(duì)部件物料的管理。因?yàn)樯崞?風(fēng)扇/機(jī)箱廠商以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廠商只要設(shè)計(jì)或采用一套可以幫助CPU散熱達(dá)到65W的方案，就可以在系統(tǒng)中采用符合TDP 65W的所有CPU。否則，TDP值分的過(guò)細(xì)，廠商在管理部件上就太紛雜了，要為每一個(gè)型號(hào)的CPU配備貼切的散熱片/風(fēng)扇/機(jī)箱，為20種型號(hào)的CPU準(zhǔn)備20種物料?好像沒(méi)有人愿意這么做。

　　 終用戶關(guān)注的是CPU的實(shí)際功耗，但是實(shí)際功耗和實(shí)際的應(yīng)用聯(lián)系在一起，而且和CPU采用的節(jié)能技術(shù)密切相關(guān)，所以無(wú)法得到統(tǒng)一的結(jié)果，即使有也是典型應(yīng)用的實(shí)際測(cè)試值。另外，CPU不能單獨(dú)工作，必須和系統(tǒng)在一起的，所以我個(gè)人的意見(jiàn)還是要看系統(tǒng)的整體功耗，它才對(duì) 終用戶才有實(shí)際意義。例如，一個(gè)極端的例子，如果花很多精力在降低計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件的能耗，可是忘了選擇一個(gè)高轉(zhuǎn)換效率的機(jī)箱電源，如果這個(gè)電源輸入功率為300W(瓦),但是交流到直流的轉(zhuǎn)換效率只有50%，那么有一半的功耗在轉(zhuǎn)換過(guò)程中就浪費(fèi)掉了。150瓦呀，不是個(gè)小數(shù)字!

　　從TDP是得不出CPU的實(shí)際功耗的，用計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件的TDP值相加得出整個(gè)系統(tǒng)的功耗，邏輯上似乎沒(méi)有任何問(wèn)題，事實(shí)上這項(xiàng)“創(chuàng)舉”已經(jīng)變成業(yè)界的笑談。

　　CPU的實(shí)際功耗應(yīng)該等于=實(shí)際輸入CPU的電流(A)× CPU的實(shí)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(cè)試。

　　下圖是上面說(shuō)明的PC功耗測(cè)試工具的連接示意圖

　　另外，籠統(tǒng)地計(jì)算一個(gè)CPU在一個(gè)晝夜24小時(shí)反復(fù)運(yùn)行一組程序，然后計(jì)算累計(jì)功耗，是非常誤導(dǎo)的測(cè)試，因?yàn)橐粋�(gè)高能效的CPU，可以在相同的時(shí)間完成更多的工作。

　　所以，CPU的實(shí)際功耗測(cè)試應(yīng)該是用一組統(tǒng)計(jì)出來(lái)的程序組合，模擬人們使用計(jì)算機(jī)的習(xí)慣讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行，如辦公場(chǎng)景，典型的測(cè)試軟件為SysMark，家用環(huán)境為PCMark，建議用 新的版本。

　　這樣，性能好節(jié)能效果好的CPU，就可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，依次進(jìn)入等待，空閑，休眠，深度休眠等節(jié)能狀態(tài)。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(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)——CPU利用率低，系統(tǒng)功耗就小，甚至進(jìn)入休眠。對(duì)于需要10分鐘完成的CPU，后5分鐘還是需要讓CPU處于高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)都需要處于相對(duì)高負(fù)荷的狀態(tài)，由此可見(jiàn)能耗是無(wú)法和高性能的CPU相比的。

　　采用 新工藝， 新架構(gòu)和 新的節(jié)能技術(shù)的CPU，都是廠商追求的目標(biāo)，因?yàn)橹挥羞@些新技術(shù)可以確保高性能低能耗技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。例如，從65納米轉(zhuǎn)向45納米，每個(gè)晶體管可以減低5倍以上的漏電流，每個(gè)晶體管性能提高20%以上，驅(qū)動(dòng)電量下降30%以上。如果晶體管的數(shù)量上數(shù)億個(gè)，能節(jié)省的功耗就非常可觀了。

　　采用這些新技術(shù)，就是要讓更多的功耗用于CPU實(shí)際的運(yùn)算中。這就好比日光燈和白熾燈，前者電-光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80% 以上，不到20%轉(zhuǎn)換為熱，白熾燈電-光轉(zhuǎn)換效率為50%，有一半轉(zhuǎn)化為熱量了，熱量不是我們要的，白白浪費(fèi)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(huì)燙手的。這就是現(xiàn)在節(jié)能燈都是日光燈的原因吧。

　　用戶對(duì)CPU性能的提升是沒(méi)有止境的，英特爾公司面臨的挑戰(zhàn)還是：在不斷提高性能的同時(shí)，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(yè)界難題等等。

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