Hoe TDP-beoordelingen van processors misleidend kunnen zijn

Als je ooit op zoek bent geweest naar een CPU, is de kans groot dat je een kleine beoordeling bent tegengekomen die bekend staat als TDP. Dit is een beoordeling die vaak wordt rondgegooid in argumenten of aanbevelingen en die eigenlijk vrij algemeen verkeerd wordt begrepen. TDP staat voor "Thermal Design Power" en het is een specificatie die tegenwoordig op vrijwel elke processor te vinden is. Het wordt gemeten in "Watts" en is bedoeld om de gebruiker te vertellen over de maximale hoeveelheid warmte die de processor naar verwachting zal produceren in een realistisch maar zwaar belastingscenario. De twee belangrijkste CPU-fabrikanten, AMD en Intel, gebruiken dit aantal op grote schaal in hun marketingmateriaal.

TDP begrijpen

Dus waarom is deze TDP-beoordeling precies zo moeilijk te begrijpen? Nou, een groot deel ervan heeft te maken met het feit dat de TDP geen strak gereguleerde rating is. Deze classificatie wordt door Intel en AMD gebruikt om te verwijzen naar de hoeveelheid warmte die de CPU-koeloplossing van de CPU moet afvoeren om deze onder TJmax te houden. Dit creëert veel grijs gebied in de definitie van TDP, vanwege de variaties die worden geïntroduceerd door de CPU Boost-algoritmen en de verscheidenheid aan koeloplossingen.

TDP is ook verwarrend vanwege het feit dat het wordt geadverteerd in Watts. Bij het zien van deze classificatie in watt, kan gemakkelijk worden aangenomen dat dit verwijst naar de hoeveelheid stroom die de processor moet trekken, wat een misleidend concept is. TDP verwijst eigenlijk naar de "thermische vermogensoutput" in plaats van "elektrische stroomopname", wat een nieuwe misvatting creëert bij de gewone koper.

Warmte versus kracht

In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, verwijst de TDP-classificatie in feite niet naar de maximale hoeveelheid stroom die de processor onder belasting kan opnemen. Het is helemaal niet eens een maatstaf voor elektrisch vermogen. TDP is een getal dat "gekozen" wordt door AMD en Intel in plaats van berekend, en het uiteindelijke doel is een mix van nuttige informatie en marketing.

TDP is een nummer dat is geselecteerd om fabrikanten van koelers in staat te stellen een koeloplossing te bedenken die in staat is om de genoemde processor binnen zijn normale bedrijfstemperaturen te houden in alle scenario's voor normaal gebruik. Het is dus meer gericht op de koeling van de processor dan op het vermogen dat de processor onder bepaalde omstandigheden kan trekken.

Er is echter een verband tussen het thermische vermogen dat hier te zien is en het daadwerkelijke vermogen dat de processor kan trekken. Hoewel het TDP-nummer zelf misschien niet de directe indicator van het stroomverbruik is, kan het indirect nuttig zijn bij het vergelijken van het stroomverbruik van twee processors die hetzelfde fabricageproces gebruiken en op dezelfde architectuur zijn gebaseerd. Omdat de processor met de hogere TDP-classificatie meer warmte zou produceren onder belasting, is de kans groot dat hij ook meer stroom uit de voeding haalt. We kunnen dus zeggen dat de cijfers aan elkaar zijn gekoppeld, maar zeggen dat een processor met een TDP-rating van 95 watt onder belasting 95 watt aan stroom verbruikt, is gewoon onnauwkeurig.

Een Watt is een Watt

Ondanks de schijnbare verschillen tussen het thermisch vermogen en het elektriciteitsverbruik, is een watt nog steeds een watt. Wikipedia definieert de watt als "een afgeleide eenheid van één joule per seconde, en wordt gebruikt om de snelheid van energieoverdracht te kwantificeren". Deze definitie is vooral handig om het gebruik van de eenheid “watt” in TDP-waarden uit te leggen.

Het door de component opgenomen vermogen wordt gemeten in watt, terwijl de warmteafgifte van de processor ook wordt gemeten in watt. Het is belangrijk om te onthouden dat dit geen verschillende eenheden zijn die dezelfde naam hebben. Het gebruik van watt betekent dat dezelfde energie wordt omgezet van thermische naar elektrische vorm. Dit betekent dat de energie die door de processor wordt afgenomen (het elektrisch vermogen) altijd iets hoger zal zijn dan de energie die door de processor wordt afgegeven in de vorm van warmte (thermisch vermogen). Het verschil in energie tussen deze twee grootheden wordt door de processor gebruikt om zijn functie uit te voeren.

Hoe Intel TDP berekent

De misvattingen over de TDP-classificaties zijn zelfs nog wijder geworden vanwege het feit dat beide grote CPU-fabrikanten verschillende manieren gebruiken om hun TDP te selecteren. Dit betekent dat hun aantal, hoewel beide gemeten in watt, niet met elkaar vergelijkbaar zijn. Het belangrijke verschil is dat Intel de basisklok van zijn processors gebruikt om zijn TDP te selecteren. Dit betekent dat de classificatie voor "maximale warmteafgifte" van hun processors alleen geldig is wanneer de CPU op de basisklok werkt.

Dit biedt een groot aantal uitdagingen in moderne scenario's. De moderne CPU's van Intel werken zelden op de basisklok. Dankzij uitgebreide boostmechanismen die in de moderne chips zijn geïntegreerd, en nog meer, de overklokruimte die wordt ontgrendeld door de moederbordfuncties zoals Multi-Core Enhancement, valt de geadverteerde TDP-rating ver onder het werkelijke stroomverbruik van de chip tijdens normaal gebruik. De TDP is een nogal tamme schatting van de warmteafgifte van de processors als het gaat om Intel.

Dit kan ook een uitdaging zijn voor de eindgebruiker in termen van de keuze van componenten. Een nietsvermoedende koper zou geneigd kunnen zijn om een ​​kleinere PSU of een zwakkere CPU-koeler te kopen als de overweging alleen op TDP is gebaseerd. Hoewel het mogelijk is om de CPU te laten werken met een koeler die geschikt is voor zijn exacte TDP (95 W koeler voor een 95 W nominale CPU), zal de CPU zeker voorbij zijn nominale TDP schieten zodra een turboboostmechanisme wordt geactiveerd. Dit kan problemen opleveren op het gebied van koeling. Daarom is Intel's benadering van de TDP-beoordelingen van zijn processors een beetje vager dan die van AMD, en laat daarom meer ruimte voor interpretatie.

Hoe AMD TDP berekent

AMD is zeker niet perfect als het gaat om het toewijzen van TDP-beoordelingen aan zijn CPU's. Het grote voordeel van de benadering van AMD is echter dat AMD de warmteafgifte van de processor meet bij de maximale boostklok, in tegenstelling tot de benadering van Intel waarbij deze wordt gemeten op de basisklok. Dit kan een iets nauwkeurigere indicatie zijn van de hoeveelheid warmte die de CPU kan afgeven bij normaal gebruik.

Er is gemeld dat AMD's interne definitie van TDP is: "Thermal Design Power (TDP) is strikt de meting van de thermische output van een ASIC, die de koeloplossing definieert die nodig is om nominale prestaties te bereiken." Deze verklaring is in wezen vrij eenvoudig. AMD schetst de basisvereisten van een TDP-classificatie voor een ASIC (Application-Specific Integrated Circuit of Ryzen-CPU's in deze context). Deze richtlijn van AMD biedt wat meer informatie aan de koelerfabrikanten zodat zij een adequate koeloplossing kunnen ontwerpen voor de betreffende CPU's.

Er is echter een verwarrend deel in de verklaring van AMD. AMD verwijst naar de "nominale prestatie" van de processor in de definitie van TDP. Dit betekent in feite dat de TDP-classificatie alleen geldig is voor processors die werken tussen hun basis- en boostfrequenties. Dit sluit de potentiële auto-overklokfunctie van Precision Boost 2.0 uit, die thermische en krachtige headroom gebruikt om de maximale boostklokken te bereiken die de processor kan bereiken, zonder de vermogens- en thermische limieten te overschrijden.

De aanpak van AMD omvat ook een formule voor TDP die koelmachinefabrikanten mogelijk kan helpen om hun koeloplossingen adequaat te ontwerpen.

TDP-formule

De formule die AMD geeft voor TDP is als volgt:

TDP (Watt) = (tCase ° C - tAmbient ° C) / (HSF θca)

GamersNexus heeft deze formule afgebroken in hun rapportage, laten we eens kijken wat het betekent:

• tCase ° C wordt als volgt gedefinieerd: "Maximale temperatuur voor de overgang tussen matrijs en warmteverspreider om nominale prestaties te bereiken". Er is gemeld dat AMD's interne definitie deze is: "Maximale behuizingstemperatuur. De maximale temperatuur gemeten op de locatie van de verpakking zoals gespecificeerd door de toepasselijke thermische ontwerpgids. " Tcase max wordt gebruikt voor het ontwerpen van thermische oplossingen en in thermische simulaties.
• tCase betekent "case", zoals in geïntegreerde warmteverspreider of IHS, niet het chassis van de computer. Dit verwijst in het bijzonder naar de temperatuur op het punt waar de siliciummatrijs IHS ontmoet. Merk op dat dit niet "hoe heet wordt de CPU" is, maar "hoe heet kan de CPU worden voordat Precision Boost 2 terug begint te draaien". Lagere tCase zou een lagere TDP in de formule veroorzaken.
• Het volgende getal in de formule is tAmbient, wat de aftrekker is die van de minuend tCase wordt afgetrokken voordat het resultaat wordt gedeeld door thermische weerstand. AMD definieert tAmbient ° C als de "maximale temperatuur bij de HSF-ventilatorinlaat om nominale prestaties te bereiken."
• HSF verwijst naar het koellichaam en de ventilator, dus de CPU-koeler bovenop de processor. Dit is de temperatuur van de lucht rond het koellichaam, of het nu op een open bank is of in een pc-behuizing. Lagere tAmbient betekent hogere TDP, maar tAmbient wordt gedefinieerd door AMD in zijn TDP-formule en wordt niet gedefinieerd door uw eigen tAmbient. AMD definieert HSF θca (° C / W) als: De minimum ° C per Watt-classificatie van het koellichaam om de nominale prestaties te bereiken.

Heeft de formule inhoud?

Het hebben van een specifieke formule voor deze use case lijkt misschien de perfecte oplossing voor de misvattingen rond TDP, maar het is in feite verre van dat. Ten eerste moet worden opgemerkt dat geen van de waarden in de formule vaststaat. Alle waarden zijn variabelen die veranderen met de processor in kwestie. Dit betekent dat getallen naar believen kunnen worden gemanipuleerd om de gewenste TDP-waarde te krijgen, en de TDP-waarde kan worden gemanipuleerd om alleen de willekeurig gedefinieerde getallen aan de rechterkant te krijgen. Daarom werd gesteld dat de TDP-waarden meer worden "geselecteerd" dan "berekend" door Intel en AMD.

Maar laten we eens kijken naar de formule om te zien wat het werkelijk betekent. Er zou toch iets wezenlijks achter een wiskundige vergelijking zitten? Welnu, het blijkt dat er in feite enig gebruik van deze formule is bij het vervaardigen van een koeler voor de CPU. De formule dekt in wezen de factoren die nodig zouden zijn om het door de CPU-fabrikant geselecteerde TDP-doel te bereiken. De variabelen in de formule zijn echter niet van belang voor de eindgebruiker.

Tot nu toe lijkt het misschien alsof TDP-nummers slechts een promotioneel gebrabbel zijn dat de bedrijven op hun CPU-boxen plaatsen om de consument te misleiden. Dat is echter niet helemaal het geval. Feit is dat AMD en Intel nooit hebben beweerd dat de TDP bedoeld is om het stroomverbruik van de CPU aan te geven. Ze noemen de TDP specifiek als een indicator van het thermisch vermogen en als richtlijn voor de koeler die nodig is om de warmte van de CPU af te voeren. De misvattingen rond TDP komen voort uit vele factoren, met name het gebruik van "watt" om thermisch vermogen weer te geven, wat gemakkelijk verkeerd kan worden begrepen.

Hoe TDP-nummers nuttig zijn

U bent misschien geneigd te denken dat de TDP-nummers die door AMD en Intel worden uitgegeven geen betekenis hebben voor de eindgebruiker. Die bewering is misschien tot op zekere hoogte waar, maar het betekent niet dat de TDP-nummers volkomen nutteloos zijn. Deze aanpak heeft twee grote voordelen:

Verschillende processors op hetzelfde TDP

Het eerste grote voordeel van het bedenken van een TDP-rating voor de processors is dat AMD en Intel kunnen werken aan de andere variabelen in de TDP-formule om het gewenste TDP-doel te behalen. Eerder werd uitgelegd dat de variabelen in de formule naar believen kunnen worden gemanipuleerd om het gewenste resultaat te bereiken. In de praktijk is dit misschien niet zo erg. In werkelijkheid betekent dit dat de fabrikant een redelijke TDP voor zijn component kan selecteren en vervolgens de binnenkant van de component kan verfijnen om het gewenste resultaat te leveren. Dit is een enigszins versimpelde verklaring waarom die formule zo vatbaar is voor manipulatie.

De variabelen in die formule variëren van CPU tot CPU, terwijl we meerdere CPU's van zowel AMD als Intel kunnen zien die dezelfde TDP delen. De Ryzen 7 3800X, Ryzen 9 3900X en Ryzen 9 3950X delen bijvoorbeeld allemaal hetzelfde TDP van 105 watt. Het is voor iedereen meteen duidelijk dat de Ryzen 9 3950X het meeste stroom verbruikt van alle CPU's die deze TDP delen. Dit komt omdat AMD dat beoogde TDP heeft bereikt door de andere waarden in de formule te manipuleren en af ​​te stemmen om de beste thermische overdracht en thermische efficiëntie te krijgen bij een hoger stroomverbruik.

Koeloplossingen bedenken

Het tweede grote voordeel van TDP-beoordelingen is eigenlijk de belangrijkste reden waarom de TDP-nummers in de eerste plaats zijn geselecteerd. Aangezien TDP het nummer is dat door Intel en AMD is gekozen om te verwijzen naar de hoeveelheid warmte die de koeler moet kunnen afvoeren om de CPU te laten werken zoals bedoeld, helpt deze waarde de fabrikanten van koelers in feite om geschikte koeloplossingen voor de CPU's te bedenken. Dit zorgt ervoor dat de CPU's die door de fabrikanten worden uitgebracht, voldoende koelers op de markt hebben van zowel eerste als derde fabrikanten.

Wanneer een nieuwe CPU wordt aangekondigd, stuurt AMD / Intel een gedetailleerd document naar de koelere ontwerpers, de "Thermal Design Guide". Deze gids bevat alle benodigde informatie over de betreffende chip, inclusief de methode die wordt gebruikt om de TDP voor die processor te 'berekenen'. Alle aanpassingen die aan de formule zijn aangebracht, worden ook vermeld in de gids, zodat de fabrikant van de koeler ook kan aanpassen voor de manipulaties. De fabrikanten zijn dan vrij om hun eigen koeloplossingen te bedenken, die vervolgens aan rigoureuze tests met de betreffende CPU's worden onderworpen. Deze tests zorgen ervoor dat de koeler in staat is om ervoor te zorgen dat de chip op het nominale prestatieniveau werkt, zonder de TJmax te schenden.

Koelere fabrikanten op TDP

De fabrikanten van deze koeloplossingen zijn ook gepolariseerd over het onderwerp TDP. Het is duidelijk dat geen van hen echt de cijfers vertrouwt die door AMD en Intel worden uitgegeven voor hun CPU's. Vanwege het niveau van aanpassing en manipulatie van de TDP-formule, en de variatie in stroomverbruik en thermiek als gevolg van boostingtechnieken, besteden de koelerfabrikanten weinig aandacht aan het werkelijke aantal. De fabrikanten hebben de neiging om de werking van de koelers te valideren door hun eigen tests op de betreffende CPU's.

Het is je misschien opgevallen dat koelers ook een TDP-beoordeling hebben geadverteerd. Dit is een ander TDP-nummer dat niet veel inhoudt als het gaat om real-world operaties. Als een koeler geschikt is voor een TDP van 95 W, betekent dit niet noodzakelijk dat deze een processor kan koelen die ook een vermogen van 95 W heeft. Er spelen hier gewoon te veel variabelen om zo'n definitieve algemene verklaring af te leggen. Koelerfabrikanten testen en bedenken hun eigen TDP-beoordelingen voor hun koelers die al dan niet voldoen aan de beoordelingen die AMD en Intel hebben uitgebracht.

Thermische tests en goede beoordelingen zouden uw enige referentiepunt moeten zijn bij het kopen van een koeler voor uw CPU. TDP-beoordelingen van zowel de CPU als de koeler zijn misschien maar net goed in het verwarren van de potentiële koper.

Zo niet TDP, wat dan wel?

Als u zich zorgen maakt over het stroomverbruik van een CPU die u mogelijk overweegt te kopen, is er een manier om precies dat te achterhalen. In plaats van afhankelijk te zijn van verzonnen TDP-nummers die weinig tot geen real-world indicatoren van stroomverbruik bieden, moet men altijd eerst kijken naar diepgaande beoordelingen en thermische prestaties van een bepaalde CPU voordat u koopt. De TDP vertelt niet het hele plaatje. Het kan nogal misleidend zijn voor klanten die alleen 'watt' naast een cijfer zien staan ​​en ervan uitgaan dat dit het maximale opgenomen vermogen is.

Volledige diepgaande beoordelingen van CPU's en andere componenten omvatten over het algemeen de stroomverbruikcijfers die zowel vanaf de ATX 12-pins CPU-connector als ook vanaf de muur worden gemeten. Dit geeft een zeer nauwkeurig beeld van het stroomverbruik van de CPU onder verschillende scenario's. In tegenstelling tot de TDP-nummers, zijn de stroomverbruikcijfers die op deze manier worden berekend redelijk representatief voor de werkelijke cijfers die u zou verwachten te zien bij normaal gebruik. Deze waarden houden ook rekening met de boostalgoritmen en eventuele kant-en-klare OC-verbeteringen die op bepaalde CPU's kunnen worden geactiveerd. Het op deze manier beoordelen van het stroomverbruik van een CPU is veel nauwkeuriger en representatiever voor de werkelijke resultaten in de echte wereld dan alleen het schatten van het stroomverbruik op basis van de TDP-beoordelingen.

Laatste woorden

Concluderend is het vrij duidelijk dat de TDP-cijfers niet representatief zijn voor het stroomverbruik van een CPU in real-world scenario's. De TDP is een beoordeling die flexibeler is dan de meeste mensen beseffen. Meestal is het een nummer dat door AMD en Intel wordt geselecteerd om koelmachinefabrikanten een bepaald doel te geven, waarrond ze hun koeloplossingen moeten ontwerpen. Er is veel ruimte voor interpretatie in deze beoordeling, en dus leidt het tot een groot aantal misverstanden. TDP is geenszins een nauwkeurige weergave van het maximale stroomverbruik van een CPU, zoals de meeste nietsvermoedende kopers zouden kunnen aannemen.

De classificatie heeft in sommige gevallen zijn toepassingen, maar die heeft meer te maken met de koeling van de CPU dan met stroomverbruik. Koelerfabrikanten zijn het ook niet eens met het gebruik van TDP-nummers en formules door zowel Intel als AMD. Ze bedenken hun eigen methodologie en testen om te controleren of de door hen geproduceerde koeloplossing geschikt is voor een bepaalde CPU. Het kan ook onnauwkeurig zijn om de TDP-nummers van de ene CPU rechtstreeks met de andere te vergelijken, simpelweg omdat ze allebei "watt" gebruiken in hun classificatiesysteem. De eindgebruiker moet altijd rekening houden met de beoordelingen voordat hij een aankoopbeslissing neemt.