本文主要是關(guān)于TDP的相關(guān)介紹，并著重對(duì)TDP及CPU之間的關(guān)系進(jìn)行了詳盡的闡述。

TDP

TDP的英文全稱是“Thermal Design Power”，中文直譯是“散熱設(shè)計(jì)功耗”。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)設(shè)計(jì)時(shí)使用的。一般TDP主要應(yīng)用于CPU，CPU TDP值對(duì)應(yīng)系列CPU的最終版本在滿負(fù)荷（CPU 利用率為100%的理論上）可能會(huì)達(dá)到的最高散熱熱量，散熱器必須保證在處理器TDP最大的時(shí)候，處理器的溫度仍然在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

TDP是CPU電流熱效應(yīng)以及CPU工作時(shí)產(chǎn)生的其他熱量，TDP功耗通常作為電腦（臺(tái)式）主板設(shè)計(jì)、筆記本電腦散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大型電腦散熱設(shè)計(jì)等散熱/降耗設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)，TDP越大，表明CPU在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的熱量越大，對(duì)于散熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就需要將TDP作為散熱能力設(shè)計(jì)的最低指標(biāo)/基本指標(biāo)。就是，起碼要能將TDP數(shù)值表示的熱量散出。例如，一個(gè)筆記型電腦的CPU散熱系統(tǒng)可能被設(shè)計(jì)為20W TDP，這代表了它可以消散20W的熱量（可能是通過(guò)主動(dòng)式散熱手段如使用風(fēng)扇，或是被動(dòng)式散熱手段如熱管散熱），從而保證CPU自身溫度不超出晶片的最大結(jié)溫。TDP一旦確定，就確保了電腦在不超出熱維護(hù)的情況下有能力運(yùn)行程序，而不需要安裝一個(gè)“強(qiáng)悍”，同時(shí)多花費(fèi)添置沒(méi)有什么額外效果的散熱系統(tǒng)。一般TDP遠(yuǎn)大于芯片能夠散發(fā)的最大能量，CPU的TDP并不是CPU的真正功耗，CPU運(yùn)行時(shí)消耗的能量基本都轉(zhuǎn)化成了熱能（電磁輻射等形式的能量很少），由于廠商必定留有余裕，因此，TDP值一定比CPU滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量大一點(diǎn)。功耗（功率）是CPU的重要物理參數(shù)，根據(jù)電路的基本原理，功率（P）=電流（I）×電壓（U）。所以，CPU的功耗（功率）等于流經(jīng)處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。而TDP是指CPU電流熱效應(yīng)以及其他形式產(chǎn)生的熱能，他們均以熱的形式釋放。TDP通常不是芯片能夠散發(fā)的最大能量（有些意外情況如能源病毒，對(duì)CPU進(jìn)行超頻以達(dá)到損壞硬件的目的），CPU的TDP并不是CPU的真正功耗，因此，TDP值不能完全反映CPU的實(shí)際發(fā)熱量（CPU的TDP顯然小于CPU功耗），但TDP卻是芯片在運(yùn)行真實(shí)應(yīng)用程序時(shí)所能散發(fā)的最大能量。CPU的功耗很大程度上是對(duì)主板提出的要求，要求主板能夠提供相應(yīng)的電壓和電流；而TDP是對(duì)散熱系統(tǒng)提出要求，要求散熱系統(tǒng)能夠把CPU發(fā)出的熱量散掉，也就是說(shuō)，TDP是要求CPU的散熱系統(tǒng)必須能夠驅(qū)散的最大總熱量。

CPU TDP和最大功率的關(guān)系

其實(shí)，處理器參數(shù)中標(biāo)注的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。功耗（功率）是CPU的重要物理參數(shù)，根據(jù)電路的基本原理，功率（P）＝電流（A）×電壓（V）。所以，CPU的功耗（功率）等于流經(jīng)處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。

而TDP是指CPU電流熱效應(yīng)以及其他形式產(chǎn)生的熱能，他們均以熱的形式釋放。因此，實(shí)際上CPU參數(shù)中標(biāo)注的TDP值要小于CPU實(shí)際功耗。比如，i5 8500標(biāo)注的TDP為65W，但并不代表這款處理器的最大功耗是65W，實(shí)際上會(huì)更高，這也是為什么我們?cè)谶x電源額定功率的時(shí)候，總要比粗略計(jì)算出來(lái)的主機(jī)功率要大的原因。

通俗的說(shuō)，TDP功耗是CPU最大的發(fā)熱量值，不是CPU的實(shí)際功耗，它可以大致反映出CPU的發(fā)熱情況。CPU的功耗很大程度上是對(duì)主板提出的要求，要求主板能夠提供相應(yīng)的電壓和電流；而TDP是對(duì)散熱系統(tǒng)提出要求，要求散熱系統(tǒng)能夠把CPU發(fā)出的熱量散掉，也就是說(shuō)TDP功耗是要求CPU的散熱系統(tǒng)必須能夠驅(qū)散的最大總熱量。

事實(shí)上，制約CPU發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題就是散熱問(wèn)題，溫度可以說(shuō)是CPU的殺手。發(fā)熱量低的CPU設(shè)計(jì)有望達(dá)到更高的工作頻率，并且在整套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電池使用時(shí)間乃至環(huán)保方面都是大有裨益。目前的臺(tái)式機(jī)CPU，TDP功耗基本都在100W以下，比較理想的數(shù)值是低于50W，只不過(guò)大多數(shù)CPU還達(dá)不到這個(gè)水平，不過(guò)今后的10nm制程CPU，有望可以實(shí)現(xiàn)。

很早以前，廠商會(huì)對(duì)每一款CPU的TDP都會(huì)進(jìn)行單一標(biāo)注，也就是說(shuō)不同型號(hào)之間，這個(gè)數(shù)值幾乎都是不一樣的，并且都遵循一個(gè)很基本的原則，主頻越高，TDP越大（功耗越高）。

而近15年來(lái)，英特爾和AMD都是“偷懶”采用統(tǒng)一TDP設(shè)定制度，而不再單獨(dú)為每一個(gè)型號(hào)制定獨(dú)特的數(shù)值，那么究竟該如何理解TDP的作用呢？

比如，Intel八代酷睿i3-8100/i5-8400/i5-8500/i7-8700的TDP都是65W，他們的實(shí)際功耗真的都是65W左右？顯然不可能。

現(xiàn)階段最通俗的解釋就是：同一系列處理器，TDP設(shè)定越大，性能表現(xiàn)越強(qiáng)。TDP是一個(gè)可以官方制定的參數(shù)，并不是指實(shí)際功耗，而至于怎么設(shè)定的，英特爾以及OEM制造商會(huì)根據(jù)他們對(duì)處理器的期望表現(xiàn)進(jìn)行調(diào)校。

TDP也可以看做是功耗墻，當(dāng)主板檢測(cè)到當(dāng)前處理器功耗達(dá)到設(shè)定值時(shí)，就會(huì)進(jìn)行降頻等行為以保障系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

英特爾對(duì)TDP設(shè)定的三大標(biāo)準(zhǔn)：

① 往低設(shè)定：降功耗、降發(fā)熱、降性能

第一類TDP設(shè)定規(guī)則最常見(jiàn)于筆記本。筆記本處理器的TDP設(shè)定一般都很低，比如四核心的i5-8250U僅為15W。TDP往低設(shè)定的優(yōu)缺點(diǎn)很明顯，缺點(diǎn)先說(shuō)，那就是容易導(dǎo)致降頻，致使性能表現(xiàn)不佳。優(yōu)點(diǎn)就是可以很好地控制功耗和發(fā)熱。

一個(gè)很顯著的案例：TDP設(shè)定在25W的i5-8250U的性能要明顯好于設(shè)定為15W的狀況。在15W的情況下，8250U非常容易發(fā)生因?yàn)橛|碰功耗墻而降頻的問(wèn)題，當(dāng)我們把功耗墻界限放寬到25W時(shí)，CPU表現(xiàn)就好多了。

② 常規(guī)設(shè)定：控能耗、控發(fā)熱、穩(wěn)性能

普通家用臺(tái)式機(jī)處理器的TDP設(shè)定基本就遵循著一點(diǎn)，但是家用臺(tái)式機(jī)的TDP目前來(lái)看，已經(jīng)幾乎不存在實(shí)際意義，因?yàn)楝F(xiàn)在的臺(tái)式機(jī)主板都是破解TDP的！也就是說(shuō)，臺(tái)式機(jī)主板為了發(fā)揮出CPU的最大性能，默認(rèn)就解鎖了功耗墻。

有些人以為I5-8500（3.00~4.10GHz）的TDP是65W，所以它的實(shí)際功耗在65W左右，不過(guò)用軟件檢測(cè)一下就可以知道，滿載全核心穩(wěn)定3.90GHz的i5-8500，實(shí)際功耗大約是80W（這是核芯顯卡+CPU的總功耗）。如果臺(tái)式機(jī)主板不破解TDP的話，那么i5-8500肯定沒(méi)法穩(wěn)定全核心3.90GHz，估計(jì)3.3~3.5就差不多了。

像i5 8600K和i7 8700K這種本身就是解鎖TDP和倍頻的CPU，也就是支持超頻的處理器，95W放在這里完全就是看著好看的，根本不能代表什么，實(shí)際功耗要明顯大于這個(gè)數(shù)值。

③ 往高設(shè)定：保性能、保穩(wěn)定

很多至強(qiáng)E5的TDP設(shè)定在130W甚至150W或更高，這是因?yàn)榉?wù)器、工作站處理器經(jīng)常需要高負(fù)載運(yùn)行（而不代表它們本身功耗發(fā)熱很大，多核低頻的功耗發(fā)熱一般都不如少核高頻來(lái)的猛烈），所以TDP定的高一些就不容易出現(xiàn)性能下降。在日常使用中，這些處理器的實(shí)際使用功耗甚至都要低于TDP設(shè)定為95W的普通高主頻桌面級(jí)處理器。這也就是說(shuō)，在不破解TDP的主板上，將處理器TDP設(shè)定在95W肯定會(huì)比65W在高負(fù)載運(yùn)行下表現(xiàn)來(lái)得穩(wěn)定，因?yàn)?5W的功耗墻變高了，CPU性能發(fā)揮的空間就變大了。

有人問(wèn)，為什么i7-7700有核芯顯卡，主頻比E3系列高一樣，TDP設(shè)定在65W，而同一架構(gòu) E3-1230V6不僅沒(méi)有核芯顯卡，而且主頻更低，TDP卻要設(shè)定在72W？這就是因?yàn)橹翉?qiáng)E3系列主要是為工作站、服務(wù)器所設(shè)計(jì)，高負(fù)載的數(shù)據(jù)運(yùn)算、高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間的渲染工作都會(huì)對(duì)處理器的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的依賴，理論上來(lái)說(shuō)，TDP設(shè)定為72W的E3-1230V6在高負(fù)載過(guò)程中的表現(xiàn)會(huì)比I7-7700更加穩(wěn)定。而我們?nèi)粘＜矣铆h(huán)境下，不帶核芯顯卡的E3實(shí)際功耗會(huì)比i7略低（不過(guò)因?yàn)榧矣弥靼迤平釺DP，所以這一理論也就失效了）。

TDP與真實(shí)功耗之間的關(guān)系

到了2018年的今天，依然有很多人對(duì)TDP功耗有誤解，不只是把TDP功耗當(dāng)作處理器標(biāo)稱功耗，還有個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題——處理器的實(shí)際功耗要比TDP功耗低還是高？能夠回答對(duì)這個(gè)問(wèn)題的人還真不多。

對(duì)于TDP功耗，到了2018年的今天，依然有很多人對(duì)TDP功耗有誤解，不只是把TDP功耗當(dāng)作處理器標(biāo)稱功耗，還有個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題——處理器的實(shí)際功耗要比TDP功耗低還是高？能夠回答對(duì)這個(gè)問(wèn)題的人還真不多。

對(duì)于TDP功耗，常看超能網(wǎng)文章的讀者很多都知道TDP功耗不等于處理器功耗，對(duì)于有些不太明白TDP意義的讀者，我們熱心的讀者都開(kāi)始給他們科普TDP的含義了，比如下面這位同學(xué)：

拔刀齋同學(xué)說(shuō)的不錯(cuò)，TDP不是最大功耗，它是熱設(shè)計(jì)功耗，250W TDP的處理器峰值功耗肯定遠(yuǎn)超TDP功耗，他評(píng)論的這篇文章中說(shuō)的就是32核Threadripper 2990WX處理器超頻之后峰值功耗超過(guò)1000W，這個(gè)數(shù)值要比TDP功耗高太多了。

今天這篇超能課堂中我們?cè)偕钊胝務(wù)凾DP功耗與處理器功耗的問(wèn)題，看完這篇文章之后大家對(duì)TDP功耗就不會(huì)再有什么誤解了。

處理器的TDP功耗是什么？它怎么來(lái)的？

先來(lái)說(shuō)第一個(gè)問(wèn)題，TDP功耗是什么——TDP是Thermal Design Power熱設(shè)計(jì)功耗，還有一個(gè)說(shuō)法是Thermal Design Point，后者幾乎沒(méi)什么存在感，所以TDP絕大多數(shù)還是跟功耗聯(lián)系在一起，但這個(gè)功耗指標(biāo)主要是給散熱器用的，以Core i7-8700K處理器為例，它的TDP是95W，指的就是散熱器需要提供不低于95W的散熱能力。

TDP作為熱設(shè)計(jì)功耗，是有明確的測(cè)試條件的，以英特爾為例，TDP是在基礎(chǔ)配置下、最大Tcase溫度（Tcase溫度是處理器IHS允許的最高溫度，比核心溫度要低一些）、VDD電壓下測(cè)量的，在八代酷睿處理器中具體的TDP測(cè)試條件如下：

還是以Core i7-8700K處理器為例，它的TDP測(cè)試條件是3.6到3.7GHz頻率、核顯1.15到1.2GHz，但是這里的TDP功耗沒(méi)有說(shuō)Tcase溫度，這個(gè)指標(biāo)對(duì)TDP影響很大，而且Tcase的溫度并不固定，繼續(xù)翻英特爾的官方文檔，八代酷睿處理器在LPM低功耗模式下的TTV TDP（Thermal Test Vehicle TDP）功耗如下：

這里的TTV Tcase溫度最高就是65°C，也就是說(shuō)低功耗模式下的Core i7-8700K是在不超過(guò)65°C情況下用基礎(chǔ)頻率實(shí)現(xiàn)95W TDP的。

還有一點(diǎn)要特別說(shuō)明，TDP功耗測(cè)試不僅是跑基礎(chǔ)頻率，還不會(huì)涉及處理器的 AVX 浮點(diǎn)測(cè)試，而浮點(diǎn)單元現(xiàn)在是CPU功耗的大頭，跑不同的應(yīng)用功耗差距極大就是這個(gè)因素導(dǎo)致的。

綜合來(lái)看，我們對(duì)TDP可以有如下認(rèn)知：

·TDP是熱設(shè)計(jì)功耗，不等于處理器功耗，是處理器損耗的熱功耗，英特爾特別強(qiáng)調(diào)它不是處理器的最大功耗

·TDP功耗是算出來(lái)的，不同的處理器有不同的算法，跑的主要是基礎(chǔ)配置下非AVX應(yīng)用。

·Tcase溫度對(duì)TDP影響很大，因?yàn)門DP本來(lái)就是跟散熱相關(guān)的。

·TDP測(cè)試的持續(xù)時(shí)間很短，跟平時(shí)跑壓力測(cè)試并不一樣。

·TDP功耗的高低不能判斷處理器好壞，有時(shí)候更好的TDP意味著更高的性能。

TDP功耗能不能代表處理器功耗？真實(shí)功耗比它低還是高？

雖然我們多次強(qiáng)調(diào)TDP功耗不代表處理器實(shí)際功耗，但很多人還是用它來(lái)指代處理器的功耗，這種說(shuō)法其實(shí)也不能完全說(shuō)錯(cuò)，導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的根源在于現(xiàn)在并沒(méi)有公認(rèn)的指標(biāo)來(lái)衡量處理器功耗，而TDP功耗某種程度上也確實(shí)代表了處理器的功耗極限，因?yàn)門DP差不多就是處理器在最壞情況下的功耗，日常使用中對(duì)處理器的負(fù)載還真不一定比TDP測(cè)試中的負(fù)載高，所以多數(shù)情況下處理器的實(shí)際功耗比TDP功耗要低一些。

上海交通大學(xué)的一篇論文里把TDP功耗說(shuō)的很全面了

當(dāng)然，這個(gè)情況成立的前提是用戶不涉及TDP測(cè)試沒(méi)考慮到的情況，而現(xiàn)代的高性能處理器非常復(fù)雜，支持的浮點(diǎn)指令集不同，處理器也不是簡(jiǎn)單的CPU了，還有GPU核心，而且有Turbo Boost后加速頻率也不同，比如Core i7-8700K加速頻率可達(dá)4.7GHz，Core i7-8086K加速頻率可達(dá)5GHz，而TDP測(cè)試中則是使用基礎(chǔ)頻率，這中間可就差了至少1GHz，這對(duì)處理器的發(fā)熱、真實(shí)功耗影響就大多了。

英特爾的Core i7-2600K是4核8線程，頻率3.4到3.8GHz，TDP功耗也是95W，而Core i7-8700K是6核12線程，頻率3.6到4.7GHz，TDP功耗還是95W，但是大家都知道這兩款處理器不論功耗還是發(fā)熱都有很大不同，95W散熱器理論上不僅能壓得住Core i7-2600K，也能壓制住Core i7-8700K，但大家都知道Core i7-8700K的真正發(fā)熱要高得多。

處理器的功耗都用在哪里了？

大家關(guān)注處理器TDP功耗，實(shí)際上還是關(guān)注處理器的實(shí)際功耗，誰(shuí)都希望處理器功耗越低越好，英特爾、AMD也是這樣想的，因?yàn)楣膸缀醭闪讼拗铺幚砥鬟M(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵，尤其是在半導(dǎo)體制程工藝逐漸逼近終點(diǎn)的情況下，如何降低功耗是考驗(yàn)未來(lái)高性能計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

那么現(xiàn)代的處理器都是哪些單元消耗功耗的呢？前幾年英特爾在一篇講述高性能計(jì)算的演講中提到了處理器功耗的分布問(wèn)題，這要分為兩部分來(lái)看：

核心層面的處理器功耗分布

如果不涉及浮點(diǎn)運(yùn)算，那么處理器中Cache緩存部分消耗了45%的功耗，OOO亂序執(zhí)行/預(yù)測(cè)單元消耗21%的功耗，檢測(cè)網(wǎng)站是否被劫持，再次就是TLB單元了。但是運(yùn)算要是涉及到了FP浮點(diǎn)單元，情況就不一樣了，F(xiàn)P浮點(diǎn)單元的功耗能占到75%，剩下的部分才是緩存、OOO以及TLB等等。

芯片層面的功耗分布

如果是看整個(gè)芯片的功耗分布，那么FP浮點(diǎn)單元依然是大頭，占比達(dá)到了45%，Uncore非核心部分的功耗占比達(dá)到了40%，整數(shù)單元、OOO、預(yù)讀、TLB之類的單元就更微不足道了。

在當(dāng)前的處理器中，計(jì)算性能最主要的來(lái)源都是FP浮點(diǎn)單元，英特爾這多年來(lái)推出的AVX/AVX2/AVX-512都是加強(qiáng)了浮點(diǎn)指令集，性能越來(lái)越強(qiáng)大，但是如上所示，F(xiàn)P浮點(diǎn)單元已經(jīng)成為處理器功耗中的大頭，而TDP功耗測(cè)試中英特爾明確了測(cè)試都是非AVX負(fù)載的，也就是浮點(diǎn)單元參與不多，不然功耗就真的完全不一樣了。

Xeon Scalable系列的非AVX加速頻率

Xeon Scalable系列的AVX-512加速頻率

以支持AVX-512的Skylake-SP架構(gòu)為例，28核Xeon Platium 8180在非AVX下基礎(chǔ)頻率2.5GHz，單核加速頻率3.8GHz，全核加速頻率也有3.2GHz，但是跑AVX-512指令集基礎(chǔ)頻率1.7GHz，單核加速頻率降至3.5GHz，多核直接降到了2.3GHz，這就是同樣205W TDP下的區(qū)別，涉及AVX指令與否對(duì)頻率的影響非常大。

處理器功耗影響因素：頻率、電壓

處理器也是CMOS電路，在這方面有個(gè)通用的公式來(lái)計(jì)算處理器功耗，簡(jiǎn)單來(lái)CMOS電路的功耗可以分為動(dòng)態(tài)功耗及靜態(tài)功耗，歷史故事有哪些，靜態(tài)功耗（Static Power）主要是漏電流引起的，這部分功耗是無(wú)用功耗，會(huì)變成廢熱，但現(xiàn)有技術(shù)又無(wú)法杜絕漏電流，而且它所占的功耗比例有越來(lái)越高的趨勢(shì)。

至于動(dòng)態(tài)功耗（Dynamic Power），在不同的技術(shù)文檔中它也是由不同功耗組成的，其中有充電/放電導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)功耗，可以用1/2*CV2F這個(gè)公式來(lái)計(jì)算，該公式也有不同的變種描述，決定轉(zhuǎn)換功耗高低的主要是運(yùn)行電壓和頻率，這也是減少電路功耗的重點(diǎn)。

對(duì)某個(gè)具體的處理器來(lái)說(shuō)，它的實(shí)際功耗高低主要就是動(dòng)態(tài)功耗了，這方面的例子我們還是以Core i7-8700K的功耗為例，Overclock.ru網(wǎng)站之前在Core i7-8700K首發(fā)評(píng)測(cè)中做了詳細(xì)的測(cè)試：

Core i7-8700K對(duì)比其他處理器的功耗

在這個(gè)測(cè)試中，他們對(duì)比了不同頻率、電壓下的處理器功耗，可以看出來(lái)同樣的電壓，頻率提升之后功耗也在增加，而同樣的頻率下，提升電壓之后功耗會(huì)大幅增加，4.0GHz從1.1V提高到1.3V，功耗從180W增加到了251W，畢竟動(dòng)態(tài)功耗跟電壓平方成正比。

總結(jié)：

處理器的TDP功耗本質(zhì)上是給散熱器廠商參考的，但它也確實(shí)頂著“Power”功耗這個(gè)名字，也是貨真價(jià)實(shí)的功耗，是處理器在某些限定條件下的功耗，因此用它來(lái)衡量處理器的功耗還是有些參考意義的。

如果不超頻不跑FP高負(fù)載，處理器的真實(shí)功耗多數(shù)情況下還是不會(huì)高于TDP功耗的，但TDP功耗在復(fù)雜情況下就不能跟處理器真實(shí)功耗掛鉤了，這個(gè)要涉及到處理器的制程工藝、頻率、電壓甚至運(yùn)行的測(cè)試，真實(shí)功耗遠(yuǎn)超TDP功耗的情況并不少見(jiàn)。

對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，使用TDP功耗對(duì)比處理器功耗也是不得已為之，因?yàn)楝F(xiàn)在業(yè)界就缺少一個(gè)通用的指標(biāo)來(lái)衡量處理器功耗，顯卡那邊近年來(lái)開(kāi)始使用TBP典型主板功耗及GCP顯卡功耗這兩個(gè)指標(biāo)，但CPU上AMD、英特爾還沒(méi)有共識(shí)，這個(gè)問(wèn)題暫時(shí)無(wú)解。

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于TDP的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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