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TDP不等於功耗 處理器實際功耗深入解析
隨著處理器的功耗不斷的降低，目前越來越多的人開始關注TDP和功耗的話題，甚至作為衡量處理器好壞的標準。其實我們一直強調，無論是CPU還是GPU，在獲取高性能的同時，都不應該以高功耗作為代價 ，那並不是技術進步的表現。而在這一點上，Intel與AMD正在不斷改變，以帶來高性能的同時，功耗也在逐步的降低。
今天我們的話題主要圍繞CPU的"功耗"和"TDP"這兩個經常被大家提起的名詞展開討論，而功耗是CPU最為重要的參數之一。其主要包括TDP和處理器功耗。
TDP是反應一顆處理器熱量釋放的指標。TDP的英文全稱是"Thermal Design Power"，中文直譯是"熱量設計功耗"。TDP功耗是處理器的基本物理指標。它的含義是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量，單位是瓦特（W）。單顆處理器的TDP值是固定的，而散熱器必須保證在處理器TDP最大的時候，處理器的溫度仍然在設計範圍之內。
此前TDP這個功耗資料是提供給散熱器廠商，因為在它反應的是CPU在負載情況下的最高熱量，對於散熱器廠商來說，按照這個設計功耗，製作可以驅散這個最高熱量的散熱器，而近年來，隨著大家對於整機的功耗越來越重視，因此，這個CPU的TDP值也給最終用戶提供。目前我們在CPU的外包裝上就可以看到，其中AMD處理器的外包裝在很明顯的位置上標注了這款產品的TDP值。
CPU的功耗：是處理器最基本的電氣性能指標。根據電路的基本原理，功率（P）＝電流（A）×電壓（V）。所以，處理器的功耗（功率）等於流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。
CPU的峰值功耗：處理器的核心電壓與核心電流時刻都處於變化之中，這樣處理器的功耗也在變化之中。在散熱措施正常的情況下（即處理器的溫度始終處於設計範圍之內），處理器負荷最高的時刻，其核心電壓與核心電流都達到最高值，此時電壓與電流的乘積便是處理器的峰值功耗。
因此，從上面我們對"功耗"和"TDP"的解釋，大家可以看到，TDP並不等於功耗，它是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量。而實際功耗對最終用戶才有意義。以下是來自博客@英代爾中國關於"功耗"和"TDP"的解釋。
當CPU的散熱設計功耗(TDP: Thermal Design Power) 值最主要是提供給電腦系統廠商，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 的最終版本在滿負荷(CPU 利用率為100的理論上)可能會達到的最高散熱熱量。但是，TDP值並不等同於CPU的實際功耗，更沒有算術關係。
CPU的實際功耗沒有捷徑獲得，只能實際測試。實際功耗對最終用戶才有意義。
對於一個系列的CPU，英代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，英代爾已經發佈的酷睿2 雙核 6xxx 系列，4xxx 系列和奔騰雙核 2xxx 系列，甚至這些系列後續的新型號，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的理論最高散熱功耗都為65W(瓦)？不是的。只有將來最高性能的型號在滿負荷的時候可能會達到這個值。
從TDP是得不出CPU的實際功耗的，用電腦內部各個部件的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的實際功耗應該等於＝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。最好的辦法是用精密的功率工具去測試。
為什麼要這麼做呢？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/機箱廠商以及電腦系統廠商只要設計或採用一套可以幫助CPU散熱達到65W的方案，就可以在系統中採用符合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？好像沒有人願意這麼做。
最終用戶關注的是CPU的實際功耗，但是實際功耗和實際的應用聯繫在一起，而且和CPU採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，它才對最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電腦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，那麼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！
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式，然後計算累計功耗，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式組合，類比人們使用電腦的習慣讓電腦運行，如辦公場景，典型的測試軟體為SysMark，家用環境為PCMark，建議用最新的版本。
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，空閒，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分鐘處於低負荷的運行狀態--CPU利用率低，系統功耗就小，甚至進入休眠。對於需要10分鐘完成的CPU，後5分鐘還是需要讓CPU處於高負荷的運行狀態，整個系統都需要處於相對高負荷的狀態，由此可見能耗是無法和高性能的CPU相比的。
採用最新工藝，最新架構和最新的節能技術的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，每個電晶體可以減低5倍以上的漏電流，每個電晶體性能提高20以上，驅動電量下降30以上。如果電晶體的數量上數億個，能節省的功耗就非常可觀了。
採用這些新技術，就是要讓更多的功耗用於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，英代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，如何解決晶片單位面積熱密度不斷提到的業界難題等等。
總結：
通過以上功耗和TDP的詳解，相信大家更深刻的清楚TDP並不等於是處理器的功耗，TDP要小於處理器的功耗。雖然都是處理器的基本物理指標，但處理器功耗與TDP對應的硬體完全不同。而正如INTEL的BLOG中所說：CPU不能單獨工作，必須和系統在一起的，所以還是要看系統運行的整體功耗，這才對最終用戶才有實際意義。
隨著處理器的功耗不斷的降低，目前越來越多的人開始關注TDP和功耗的話題，甚至作為衡量處理器好壞的標準。其實我們一直強調，無論是CPU還是GPU，在獲取高性能的同時，都不應該以高功耗作為代價 ，那並不是技術進步的表現。而在這一點上，Intel與AMD正在不斷改變，以帶來高性能的同時，功耗也在逐步的降低。
今天我們的話題主要圍繞CPU的"功耗"和"TDP"這兩個經常被大家提起的名詞展開討論，而功耗是CPU最為重要的參數之一。其主要包括TDP和處理器功耗。
TDP是反應一顆處理器熱量釋放的指標。TDP的英文全稱是"Thermal Design Power"，中文直譯是"熱量設計功耗"。TDP功耗是處理器的基本物理指標。它的含義是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量，單位是瓦特（W）。單顆處理器的TDP值是固定的，而散熱器必須保證在處理器TDP最大的時候，處理器的溫度仍然在設計範圍之內。
此前TDP這個功耗資料是提供給散熱器廠商，因為在它反應的是CPU在負載情況下的最高熱量，對於散熱器廠商來說，按照這個設計功耗，製作可以驅散這個最高熱量的散熱器，而近年來，隨著大家對於整機的功耗越來越重視，因此，這個CPU的TDP值也給最終用戶提供。目前我們在CPU的外包裝上就可以看到，其中AMD處理器的外包裝在很明顯的位置上標注了這款產品的TDP值。
CPU的功耗：是處理器最基本的電氣性能指標。根據電路的基本原理，功率（P）＝電流（A）×電壓（V）。所以，處理器的功耗（功率）等於流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。
CPU的峰值功耗：處理器的核心電壓與核心電流時刻都處於變化之中，這樣處理器的功耗也在變化之中。在散熱措施正常的情況下（即處理器的溫度始終處於設計範圍之內），處理器負荷最高的時刻，其核心電壓與核心電流都達到最高值，此時電壓與電流的乘積便是處理器的峰值功耗。
因此，從上面我們對"功耗"和"TDP"的解釋，大家可以看到，TDP並不等於功耗，它是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量。而實際功耗對最終用戶才有意義。以下是來自博客@英代爾中國關於"功耗"和"TDP"的解釋。
當CPU的散熱設計功耗(TDP: Thermal Design Power) 值最主要是提供給電腦系統廠商，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 的最終版本在滿負荷(CPU 利用率為100的理論上)可能會達到的最高散熱熱量。但是，TDP值並不等同於CPU的實際功耗，更沒有算術關係。
CPU的實際功耗沒有捷徑獲得，只能實際測試。實際功耗對最終用戶才有意義。
對於一個系列的CPU，英代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，英代爾已經發佈的酷睿2 雙核 6xxx 系列，4xxx 系列和奔騰雙核 2xxx 系列，甚至這些系列後續的新型號，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的理論最高散熱功耗都為65W(瓦)？不是的。只有將來最高性能的型號在滿負荷的時候可能會達到這個值。
從TDP是得不出CPU的實際功耗的，用電腦內部各個部件的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的實際功耗應該等於＝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。最好的辦法是用精密的功率工具去測試。
為什麼要這麼做呢？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/機箱廠商以及電腦系統廠商只要設計或採用一套可以幫助CPU散熱達到65W的方案，就可以在系統中採用符合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？好像沒有人願意這麼做。
最終用戶關注的是CPU的實際功耗，但是實際功耗和實際的應用聯繫在一起，而且和CPU採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，它才對最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電腦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，那麼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！
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式，然後計算累計功耗，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式組合，類比人們使用電腦的習慣讓電腦運行，如辦公場景，典型的測試軟體為SysMark，家用環境為PCMark，建議用最新的版本。
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，空閒，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分鐘處於低負荷的運行狀態--CPU利用率低，系統功耗就小，甚至進入休眠。對於需要10分鐘完成的CPU，後5分鐘還是需要讓CPU處於高負荷的運行狀態，整個系統都需要處於相對高負荷的狀態，由此可見能耗是無法和高性能的CPU相比的。
採用最新工藝，最新架構和最新的節能技術的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，每個電晶體可以減低5倍以上的漏電流，每個電晶體性能提高20以上，驅動電量下降30以上。如果電晶體的數量上數億個，能節省的功耗就非常可觀了。
採用這些新技術，就是要讓更多的功耗用於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，英代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，如何解決晶片單位面積熱密度不斷提到的業界難題等等。
總結：
通過以上功耗和TDP的詳解，相信大家更深刻的清楚TDP並不等於是處理器的功耗，TDP要小於處理器的功耗。雖然都是處理器的基本物理指標，但處理器功耗與TDP對應的硬體完全不同。而正如INTEL的BLOG中所說：CPU不能單獨工作，必須和系統在一起的，所以還是要看系統運行的整體功耗，這才對最終用戶才有實際意義。
