主流顯卡功耗匯總 兼談TDP與功耗的關(guān)系

TDP與功耗，算得上是一個(gè)老生常談的問(wèn)題，但對(duì)這兩個(gè)概念有清晰認(rèn)識(shí)的人并不多，今天繼續(xù)來(lái)聊聊這個(gè)話題，限于水平，有什么錯(cuò)誤懇請(qǐng)斧正。

CPU/GPU的功耗

所謂功耗，是指功率的損耗，也就是輸入功率與輸出功率之差，電路中功耗通常是指元器件上耗散的熱能。對(duì)于像CPU、GPU這樣的數(shù)字電路，功耗一般分為開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)功耗和漏電的靜態(tài)功耗，動(dòng)態(tài)功耗主要指電容充放電時(shí)的功耗，靜態(tài)功耗主要指二極管的反偏電流和關(guān)斷晶體管中通過(guò)柵氧的電流它們形成的功耗。

P總功耗 ≈ P動(dòng)態(tài)功耗 + P靜態(tài)功耗

在數(shù)字電路中，P動(dòng)態(tài)功耗 ≈ CV2F，其中C為系統(tǒng)的負(fù)載電容，V為電壓，F(xiàn)為工作頻率，比如一個(gè)1.0V核心電壓3.0GHz工作頻率的CPU，如果加壓超頻到1.2V電壓4.0GHz頻率，那么它的動(dòng)態(tài)功耗將增長(zhǎng)(1.2/1.0)2*(4.0/3.0)= 192%，也就是說(shuō)，其動(dòng)態(tài)功耗幾乎翻了一倍。

而P靜態(tài)功耗 = I漏電電流*V = V2/R，從這公式可以看出，雖然隨著CPU/GPU的核心電壓不斷下降，靜態(tài)功耗有呈下降的跡象，但是隨著它們集成的晶體管越來(lái)越多，眾多晶體管并聯(lián)后使得等效電阻值不斷減少，集成電路內(nèi)層與層之間的絕緣層變薄也使得層間泄漏電流增加，所以CPU/GPU的靜態(tài)功耗一直趨于上升態(tài)勢(shì)。

我們知道，白熾燈是將電能轉(zhuǎn)換熱能和電磁波能(包括紅外線的光能和可見(jiàn)光的光能等)，其中對(duì)我們有用的可見(jiàn)光光能只占10%左右，其它的都浪費(fèi)掉。那么當(dāng)CPU/GPU源源不斷地吸收電能時(shí)，它們將這些電能又做了些什么?

目前來(lái)說(shuō)，還沒(méi)有一個(gè)很權(quán)威官方的答案，現(xiàn)在達(dá)成的共識(shí)是，CPU/GPU處理信息本身是不需要消耗能量的，CPU/GPU將信息傳遞給其它地方也不需要消耗能量(改變電信號(hào)的間隔電壓頻率即可)，CPU/GPU的電能幾乎都消耗在線路上了，其它還有少量的輻射能和內(nèi)部?jī)?chǔ)存的化學(xué)能可以忽略不計(jì)，也就是說(shuō)：

CPU/GPU功耗 ≈ 輸入功率 = I * V

比如說(shuō)GPU某一時(shí)刻的核心電壓是1.0V，電流為80A，那么這一時(shí)刻它的功耗也近似等于80W，由于CPU/GPU的工作電壓和電壓都是不斷變化的，其功耗也隨之改變，一般用最大值來(lái)對(duì)它們的功耗作定量描述。

什么是TDP?

▲英特爾為CPU提供了TDP規(guī)格參數(shù)

但是在很早之前，英特爾為CPU制定規(guī)格參數(shù)時(shí)，并沒(méi)有提供功耗規(guī)格，而是用了TDP這一參數(shù)，比如說(shuō)Core 2 Quad Q9650的TDP為95W，由于單位上的相同，無(wú)數(shù)的人將TDP與功耗混為一談。

那么到底什么是TDP呢?英特爾的解釋?xiě)?yīng)該更權(quán)威更準(zhǔn)確：

TDP: Thermal Design Power,A power dissipation target based on worst-case applications. Thermal solutions should be designed to dissipate the thermal design power.

把英特爾的原話翻譯過(guò)來(lái)就是：TDP(Thermal Design Power，熱功耗設(shè)計(jì))指基于CPU在最糟糕應(yīng)用狀況下規(guī)定的功耗指標(biāo)，要求散熱解決方案設(shè)計(jì)成可以將這個(gè)指標(biāo)的功耗驅(qū)散掉。

這個(gè)解釋的核心在于TDP是一個(gè)規(guī)定的指標(biāo)，供散熱方案參考，并非指CPU實(shí)際的功耗值。從上面英特爾處理器的規(guī)格表中也可以看出，2.33GHz的Q8200和3.0GHz的Q9650它們的TDP都是95W，如果是實(shí)際功耗的話，理論上Q9650的最大功耗是Q8200的1.28倍。

那么TDP和功耗到底有什么關(guān)系呢?答案是沒(méi)有關(guān)系。很多測(cè)試表明，CPU的最大真實(shí)功耗是明顯小于TDP值的，但是在加壓超頻后最大功耗超過(guò)TDP值就很有可能。

在前幾年，AMD對(duì)英特爾的TDP定義很是不爽，因?yàn)樗腃PU中當(dāng)時(shí)還整合有內(nèi)存控制器，相當(dāng)于多出一部分熱量，不過(guò)隨著英特爾處理器中整合了GPU和MC，AMD也就不再計(jì)較了。