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武松娱乐(37):主流显卡功耗汇总,兼谈TDP与功耗的关系

2016-4-10 14:42  |  作者:thesea   |  关键字:什么是TDP,CPU功耗,显卡功耗

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  TDP与功耗,算得上是一个老生常谈的问题,但对这两个概念有清晰认识的人并不多,今天继续来聊聊这个话题。  白炽灯是将电能转换热能和电磁波能(包括红外线的光能和可见光的光能等),那么当CPU和GPU源源不断地吸收电能时,它们将这些电能又做了些什么?
本文约1753字,需3分钟阅读
  TDP与功耗,算得上是一个老生常谈的问题,但对这两个概念有清晰认识的人并不多,今天继续来聊聊这个话题,限于水平,有什么错误恳请斧正。
CPU/GPU的功耗  所谓功耗,是指功率的损耗,也就是输入功率与输出功率之差,电路中功耗通常是指元器件上耗散的热能。对于像CPU、GPU这样的数字电路,功耗一般分为开关的动态功耗和漏电的静态功耗,动态功耗主要指电容充放电时的功耗,静态功耗主要指二极管的反偏电流和关断晶体管中通过栅氧的电流它们形成的功耗。    P总功耗 ≈ P动态功耗 + P静态功耗  在数字电路中,P动态功耗 ≈ CV2F,其中C为系统的负载电容,V为电压,F为工作频率,比如一个1.0V核心电压3.0GHz工作频率的CPU,如果加压超频到1.2V电压4.0GHz频率,那么它的动态功耗将增长(1.2/1.0)2*(4.0/3.0)= 192%,也就是说,其动态功耗几乎翻了一倍。  而P静态功耗 = I漏电电流*V = V2/R,从这公式可以看出,虽然随着CPU/GPU的核心电压不断下降,静态功耗有呈下降的迹象,但是随着它们集成的晶体管越来越多,众多晶体管并联后使得等效电阻值不断减少,集成电路内层与层之间的绝缘层变薄也使得层间泄漏电流增加,所以CPU/GPU的静态功耗一直趋于上升态势。  我们知道,白炽灯是将电能转换热能和电磁波能(包括红外线的光能和可见光的光能等),其中对我们有用的可见光光能只占10%左右,其它的都浪费掉。那么当CPU/GPU源源不断地吸收电能时,它们将这些电能又做了些什么?  目前来说,还没有一个很权威官方的答案,现在达成的共识是,CPU/GPU处理信息本身是不需要消耗能量的,CPU/GPU将信息传递给其它地方也不需要消耗能量(改变电信号的间隔电压频率即可),CPU/GPU的电能几乎都消耗在线路上了,其它还有少量的辐射能和内部储存的化学能可以忽略不计,也就是说:    CPU/GPU功耗 ≈ 输入功率 = I * V  比如说GPU某一时刻的核心电压是1.0V,电流为80A,那么这一时刻它的功耗也近似等于80W,由于CPU/GPU的工作电压和电压都是不断变化的,其功耗也随之改变,一般用最大值来对它们的功耗作定量描述。什么是TDP?
英特尔为CPU提供了TDP规格参数
  但是在很早之前,英特尔为CPU制定规格参数时,并没有提供功耗规格,而是用了TDP这一参数,比如说Core 2 Quad Q9650的TDP为95W,由于单位上的相同,无数的人将TDP与功耗混为一谈。  那么到底什么是TDP呢?英特尔的解释应该更权威更准确:
TDP: Thermal Design Power,A power dissipation target based on worst-case applications. Thermal solutions should be designed to dissipate the thermal design power.
  把英特尔的原话翻译过来就是:TDP(Thermal Design Power,热功耗设计)指基于CPU在最糟糕应用状况下规定的功耗指标,要求散热解决方案设计成可以将这个指标的功耗驱散掉。  这个解释的核心在于TDP是一个规定的指标,供散热方案参考,并非指CPU实际的功耗值。从上面英特尔处理器的规格表中也可以看出,2.33GHz的Q8200和3.0GHz的Q9650它们的TDP都是95W,如果是实际功耗的话,理论上Q9650的最大功耗是Q8200的1.28倍。  那么TDP和功耗到底有什么关系呢?答案是没有关系。很多测试表明,CPU的最大真实功耗是明显小于TDP值的,但是在加压超频后最大功耗超过TDP值就很有可能。  在前几年,AMD对英特尔的TDP定义很是不爽,因为它的CPU中当时还整合有内存控制器,相当于多出一部分热量,不过随着英特尔处理器中整合了GPU和MC,AMD也就不再计较了。显卡的功耗  因为GPU并不单独出售,都是集成在显卡上的,所以通常都不提供GPU的功耗,而是以整个显卡的功耗为主,除了GPU的功耗外,显存的功耗也是相当高的,在高端显卡中几乎与GPU功耗持平。  但无论是NVIDIA还是AMD,对显卡功耗的标示都很不规范,一会用Max.Board Power一会用TDP,这也给消费者一种错觉,认为显卡功耗就等同于TDP。
NVIDIA在GT 430的文档用TDP来描述显卡功耗

AMD在最新的Cayman文档中,用TDP来形容GPU功耗
  NVIDIA甚至还给出了解释“TDP is a measure of maximum power draw over time in real world applications”,并给出了TDP在wikipedia(维基百科)的相关说明,显然,NVIDIA对TDP的解释与wikipedia上的解释并不相同。
NVIDIA在GTX 570文档中对TDP的解释 
  按照NVIDIA的解释,它所谓的“TDP”就是指显卡在真实应用中的最大功耗,唉,我们也就睁一只眼闭一只眼,暗自鄙视一番拉倒,不必太过去较真。主流显卡最大功耗汇总  前言未名太长了,这才是今天的重点。我们汇总了当前主流显卡的最大功耗值,以官网提供的数据为主,如果官网没有相关数据,以官方提供给媒体文档中的数据为准。  从这份表中,我们可以发现,NVIDIA史上最高功耗的显卡为GTX 295,最大功耗为289W,单GPU显卡中最高功耗的为GTX 480,为250W。而AMD史上最高功耗的显卡为Radeon HD 5970,同样为双GPU显卡,其最大功耗为295W,单GPU显卡最高功耗的显卡为最新的Radeon HD 6970,与GTX 480相同。  最后留个疑问给大家,散热器和功耗有什么关系呢?请畅所欲言,来者有分~~~~~
    
  1. 游客  07-12 13:38

    sscroft 终极杀人王 :

    半导体运算不需要消耗能量这个本身有问题吧= =
    2010-12-21 20:22
  2. 支持(1)  |   反对(0)  |   举报  |   回复
  3. 运算是开关的过程(开关实际上是半导体极间电容充放电的过程),你可以理想化成不消耗能量(实际上是不可能的),辣么你就需要保证正向通电是超导状态,反向通电电阻无穷大,确保是开路状态(显然做不到)。。
    说句实话,电路里面的东西其实都是人类等效出来的,就是我们教科书里面的东西。。。其实很多都是不完美的,没有纯的电阻电感,更没有理想化完美的半导体。

    功耗能够下降,但起结果远远大于0

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    33#

  4. 
  5. 游客  2013-02-22 14:05

    网友 [snake5198] 的原贴:1楼
    ···,电压的符号是U,单位是V。速度的符号才是V····
    网友 [Guest] 的原贴:2楼
    原文由网友 [snake5198] 于2010-12-21 16:30:36发表 ···,电压的符号是U,单位是V。速度的符号才是V····
    学校里的吧?国产教科书的内容背背应付下考试就可以了,不能拿出来当真的,会被人笑。
    笑什么?中国的制造业出不了好东西,就是你这样的人太多了,根本不知“严谨”为何物,做什么都“差不多”就行。

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    32#

  6. 
  7. 游客  2013-01-19 10:11

    网友 [msdc1688] 的原贴:1楼
    到底是整块显卡功耗还是整机功耗?貌似这是整机功耗啊
    哥!这个就是整机功耗?那大功率电源还卖啥了~是不是觉得这个功耗值高得惊人啊~

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    31#

  8. 
  9. 游客  2012-01-10 20:23

    网友 [snake5198] 的原贴:1楼
    ···,电压的符号是U,单位是V。速度的符号才是V····
    原文由网友 [snake5198] 于2010-12-21 16:30:36发表 ···,电压的符号是U,单位是V。速度的符号才是V····
    学校里的吧?国产教科书的内容背背应付下考试就可以了,不能拿出来当真的,会被人笑。

    支持(3)  |   反对(7)  |   举报  |   回复

    30#

  10. 
  11. 游客  2012-01-10 20:18

    原文由网友 [thesea] 于2010-12-24 09:15:01发表 除非不发热或低发热,否则TDP就不会等于0啊,功耗确实是约等于U*I
    开关不发热,开关过程中产生的电阻发热 如果晶体管开关达到理想状态,开关时间为0,开关电阻为无穷大和0那么加法器功耗会非常低,效率直接超过人脑。

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    29#

  12. 
  13. 游客  2012-01-10 20:14

    原文由网友 [thesea] 于2010-12-24 09:13:00发表 NV官方的功耗大多数还是比较实在的,有参考价值的,只是GTX 500系列有争议
    是上次发布时候现场冒烟的那个吗?

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    28#

  14. 
  15. 游客  2012-01-10 20:12

    原文由网友 [Guest] 于2011-05-06 13:49:56发表 其实,速度符号式v不是V……
    这种初中文化的人何必还要较真那

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    27#

  16. 
  17. 游客  2012-01-10 20:11

    原文由网友 [Guest] 于2011-05-06 13:49:56发表 其实,速度符号式v不是V……
    服了你们了,中国人咬文嚼字的能力被你们发挥到极致了

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    26#

  18. 
  19. eXtreme研究生 2011-12-09 23:17

    网友 [Guest] 的原贴:1楼
    睿频出来后intel的tdp也要重新定义了
    你错了 有了睿频以后i5、i7依旧符合TDP的数值

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    25#

  20. 
  21. 游客  2011-09-27 12:39

    睿频出来后intel的tdp也要重新定义了

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    24#

  22. 
  23. 游客  2011-05-06 13:49

    原文由网友 [snake5198] 于2010-12-21 16:30:36发表 ···,电压的符号是U,单位是V。速度的符号才是V····
    其实,速度符号式v不是V……

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    23#

  24. 
  25. 游客  2011-02-19 19:59

    原文由网友 [msdc1688] 于2011-02-02 14:11:17发表 到底是整块显卡功耗还是整机功耗?貌似这是整机功耗啊
    单独显卡的最大功耗 不过玩游戏的时候也很少达到这样的功耗的

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    22#

  26. 
  27. msdc1688学前班 2011-02-02 14:11

    到底是整块显卡功耗还是整机功耗?貌似这是整机功耗啊

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    21#

  28. 
  29. 云瑞终极杀人王 2010-12-25 18:30

    绝对好东西~

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    20#

  30. 
  31. thesea管理员 2010-12-24 09:15

    网友的原贴:1楼
    那是不是说假如芯片把所有电力都用于晶体管的开关上,TDP就等于零??功耗就直接P=UI??
    除非不发热或低发热,否则TDP就不会等于0啊,功耗确实是约等于U*I

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    19#

  32. 
  33. thesea管理员 2010-12-24 09:13

    网友的原贴:1楼
    NV实际最大功耗=上表中最大功耗x140%
    NV官方的功耗大多数还是比较实在的,有参考价值的,只是GTX 500系列有争议

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    18#

  34. 
  35. 游客  2010-12-23 16:12

    那是不是说假如芯片把所有电力都用于晶体管的开关上,TDP就等于零??功耗就直接P=UI??

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    17#

  36. 
  37. 游客  2010-12-23 12:08

    NV实际最大功耗=上表中最大功耗x140%

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    16#

  38. 
  39. 75674单后研究生 2010-12-22 00:25

    250W这个和测试的有差距啊

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    15#

  40. 
  41. 游客  2010-12-21 20:35

    好文章啊!!!!!!!!!!!!

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    14#

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