Wie Prozessor-TDP-Bewertungen irreführend sein können

Wenn Sie jemals auf dem Markt für eine CPU waren, besteht eine solide Chance, dass Sie auf eine kleine Bewertung gestoßen sind, die als TDP bekannt ist. Dies ist eine Bewertung, die oft in Argumenten oder Empfehlungen herumgeworfen wird und tatsächlich ziemlich häufig missverstanden wird. TDP steht für "Thermal Design Power" und ist eine Spezifikation, die heutzutage auf so ziemlich jedem Prozessor zu finden ist. Sie wird in „Watt“ gemessen und soll den Benutzer über die maximale Wärmemenge informieren, die der Prozessor in einem realistischen Szenario mit hoher Last voraussichtlich abgeben wird. Die beiden großen CPU-Hersteller AMD und Intel verwenden diese Nummer in ihrem gesamten Marketingmaterial ausgiebig.

TDP verstehen

Warum genau ist diese TDP-Bewertung so schwer zu verstehen? Nun, ein Großteil davon hat damit zu tun, dass das TDP kein streng reguliertes Rating ist. Diese Bewertung wird von Intel und AMD verwendet, um die Wärmemenge zu bezeichnen, die die CPU-Kühllösung von der CPU abführen muss, um sie unter TJmax zu halten. Dies führt aufgrund der durch die CPU-Boost-Algorithmen eingeführten Variationen und der Vielzahl von Kühllösungen zu einer großen Grauzone bei der Definition von TDP.

TDP ist auch verwirrend, weil es in Watt beworben wird. Wenn man diese Bewertung in Watt sieht, kann man leicht annehmen, dass sich dies auf die Leistung bezieht, die der Prozessor verbrauchen soll, was ein irreführendes Konzept ist. TDP bezieht sich eher auf die „Wärmeleistung“ als auf die „Stromaufnahme“, was beim normalen Käufer zu einem neuen Missverständnis führt.

Wärme gegen Kraft

Entgegen der landläufigen Meinung bezieht sich die TDP-Bewertung nicht auf die maximale Leistung, die der Prozessor unter Last verbrauchen kann. Es ist überhaupt kein Maß für die elektrische Leistung. TDP ist eine Zahl, die von AMD und Intel eher „gewählt“ als berechnet wird. Ihr letztendliches Ziel ist eine Mischung aus nützlichen Informationen und Marketing.

TDP ist eine Zahl, die ausgewählt wird, damit Kühlerhersteller eine Kühllösung entwickeln können, mit der der Prozessor in allen normalen Anwendungsszenarien innerhalb seiner normalen Betriebstemperaturen gehalten werden kann. Daher ist es eher auf die Kühlung des Prozessors ausgerichtet als auf die Leistung, die der Prozessor unter bestimmten Bedingungen beziehen kann.

Es besteht jedoch ein Zusammenhang zwischen der hier sichtbaren Wärmeleistung und der tatsächlichen Leistung, die der Prozessor ziehen kann. Während die TDP-Nummer selbst möglicherweise nicht der direkte Indikator für die Leistungsaufnahme ist, kann sie indirekt hilfreich sein, um die Leistungsaufnahme von zwei Prozessoren zu vergleichen, die denselben Herstellungsprozess verwenden und auf derselben Architektur basieren. Da der Prozessor mit der höheren TDP-Bewertung unter Last mehr Wärme erzeugen würde, besteht die Möglichkeit, dass er auch mehr Strom aus dem Netzteil bezieht. Wir können also sagen, dass die Zahlen verknüpft sind, aber zu sagen, dass ein Prozessor mit einer TDP-Leistung von 95 Watt unter Last 95 Watt Strom verbraucht, ist einfach ungenau.

Ein Watt ist ein Watt

Trotz der offensichtlichen Unterschiede zwischen der Wärmeleistung und der Stromaufnahme ist ein Watt immer noch ein Watt. Wikipedia definiert das Watt als "eine abgeleitete Einheit von einem Joule pro Sekunde und wird zur Quantifizierung der Energieübertragungsrate verwendet". Diese Definition ist besonders nützlich, um die Verwendung der Einheit „Watt“ in TDP-Bewertungen zu erklären.

Die von der Komponente aufgenommene Leistung wird in Watt gemessen, während die Wärmeabgabe des Prozessors ebenfalls in Watt gemessen wird. Es ist wichtig zu beachten, dass dies keine unterschiedlichen Einheiten sind, die denselben Namen haben. Die Verwendung von Watt bedeutet, dass dieselbe Energie von thermischer in elektrische Form umgewandelt wird. Dies bedeutet, dass die vom Prozessor aufgenommene Energie (die elektrische Leistung) immer etwas höher ist als die Energie, die der Prozessor in Form von Wärme (Wärmeleistung) abgibt. Die Energiedifferenz zwischen diesen beiden Größen wird vom Prozessor zur Erfüllung seiner Funktion verwendet.

Wie Intel TDP berechnet

Die falschen Vorstellungen bezüglich der TDP-Bewertungen haben sich noch weiter verbreitet, da beide großen CPU-Hersteller unterschiedliche Methoden zur Auswahl ihrer TDP verwenden. Dies bedeutet, dass ihre Zahlen, obwohl beide in Watt gemessen werden, nicht miteinander vergleichbar sind. Der wichtige Unterschied besteht darin, dass Intel den Basistakt seiner Prozessoren verwendet, um seine TDP auszuwählen. Dies bedeutet, dass die Bewertung der „maximalen Wärmeabgabe“ ihrer Prozessoren nur gültig ist, wenn die CPU mit dem Basistakt arbeitet.

Dies stellt in modernen Szenarien eine Vielzahl von Herausforderungen dar. Die modernen CPUs von Intel arbeiten selten im Basistakt. Aufgrund umfangreicher Boosting-Mechanismen, die in die modernen Chips integriert sind, und noch mehr Übertaktungsspielraum, der durch die Motherboard-Funktionen wie Multi-Core Enhancement freigeschaltet wird, liegt die angekündigte TDP-Bewertung bei regelmäßiger Verwendung deutlich unter der tatsächlichen Leistungsaufnahme des Chips. Die TDP ist eine eher zahme Schätzung der Wärmeabgabe der Prozessoren, wenn es um Intel geht.

Dies kann auch für den Endbenutzer eine Herausforderung hinsichtlich der Auswahl der Komponenten darstellen. Ein ahnungsloser Käufer könnte dazu neigen, ein kleineres Netzteil oder einen schwächeren CPU-Kühler zu kaufen, wenn die Überlegung allein auf TDP basiert. Während es möglich ist, die CPU mit einem Kühler zu betreiben, der für seine exakte TDP ausgelegt ist (95-W-Kühler für eine 95-W-CPU), schießt die CPU definitiv über ihre Nenn-TDP hinaus, sobald Turbo-Boosting-Mechanismen aktiviert werden. Dies kann zu Problemen bei der Kühlung führen. Daher ist der Ansatz von Intel in Bezug auf die TDP-Bewertungen seiner Prozessoren etwas trüber als der von AMD und lässt daher mehr Interpretationsspielraum.

Wie AMD TDP berechnet

AMD ist keineswegs perfekt, wenn es darum geht, seinen CPUs TDP-Bewertungen zuzuweisen. Der große Vorteil des AMD-Ansatzes besteht jedoch darin, dass AMD die Wärmeleistung des Prozessors bei seinem maximalen Boost-Takt misst, im Gegensatz zum Intel-Ansatz, bei dem sie beim Basistakt gemessen wird. Dies kann ein etwas genauerer Hinweis auf die Wärmemenge sein, die die CPU in regulären Anwendungsfällen abgeben kann.

Es wurde berichtet, dass AMDs interne Definition von TDP lautet: "Thermal Design Power (TDP) ist ausschließlich die Messung der Wärmeleistung eines ASIC, die die Kühllösung definiert, die zur Erzielung der Nennleistung erforderlich ist." Diese Aussage ist im Wesentlichen ziemlich einfach. AMD skizziert die grundlegenden Anforderungen einer TDP-Bewertung für einen ASIC (in diesem Zusammenhang anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise oder Ryzen-CPUs). Diese Richtlinie von AMD bietet den Kühlerherstellern ein bisschen mehr Informationen, damit sie eine adäquate Kühllösung für die betreffenden CPUs entwerfen können.

Die Aussage von AMD enthält jedoch einen verwirrenden Teil. AMD bezieht sich in seiner Definition von TDP auf die „Nennleistung“ des Prozessors. Dies bedeutet im Grunde, dass die TDP-Bewertung nur für Prozessoren gilt, die zwischen ihren Basis- und Boost-Frequenzen arbeiten. Dies schließt die potenzielle automatische Übertaktungsfunktion von Precision Boost 2.0 aus, bei der der maximale Headroom von Wärme und Leistung genutzt wird, um die maximalen Boost-Takte zu erzielen, die der Prozessor erreichen kann, ohne die Leistungs- und Wärmegrenzen zu überschreiten.

Der Ansatz von AMD umfasst auch eine Formel für TDP, die möglicherweise den Kühlerherstellern helfen kann, ihre Kühllösungen angemessen zu gestalten.

TDP-Formel

Die von AMD für TDP angegebene Formel lautet wie folgt:

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

GamersNexus hat diese Formel in seiner Berichterstattung aufgeschlüsselt. Lassen Sie uns sehen, was dies bedeutet:

• tCase ° C ist wie folgt definiert: „Maximale Temperatur für die Verbindung zwischen Matrize und Wärmeverteiler, um die Nennleistung zu erreichen“. Es wurde berichtet, dass die interne Definition von AMD lautet: „Maximale Gehäusetemperatur. Die maximale Temperatur, gemessen am Ort der Verpackung, der in der entsprechenden Anleitung zur thermischen Auslegung angegeben ist. “ Tcase max wird für das Design thermischer Lösungen und für thermische Simulationen verwendet.
• tCase bedeutet "Fall", wie bei einem integrierten Wärmeverteiler oder IHS, nicht das Gehäuse des Computers. Dies bezieht sich insbesondere auf die Temperatur an dem Punkt, an dem der Siliziumchip auf IHS trifft. Beachten Sie, dass dies nicht "wie heiß die CPU wird", sondern "wie heiß die CPU werden kann, bevor Precision Boost 2 wieder zu drosseln beginnt". Ein niedrigerer tCase würde einen niedrigeren TDP in der Formel erzeugen.
• Die nächste Zahl in der Formel ist tAmbient. Dies ist der Subtrahend, der vom Minuend tCase abgezogen wird, bevor das Ergebnis durch den Wärmewiderstand geteilt wird. AMD definiert tAmbient ° C als die „maximale Temperatur am HSF-Lüftereinlass, um die Nennleistung zu erreichen“.
• HSF bezieht sich auf den Kühlkörper und den Lüfter, sodass der CPU-Kühler oben auf dem Prozessor montiert ist. Dies ist die Temperatur der Luft um den Kühlkörper, egal ob auf einer offenen Bank oder in einem PC-Gehäuse. Ein niedrigerer tAmbient bedeutet eine höhere TDP, aber tAmbient wird von AMD in seiner TDP-Formel definiert und nicht von Ihrem eigenen tAmbient. AMD definiert HSF θca (° C / W) als: Die minimale ° C pro Watt Nennleistung des Kühlkörpers, um die Nennleistung zu erreichen.

Enthält die Formel Substanz?

Eine spezifische Formel für diesen Anwendungsfall zu haben, scheint die perfekte Lösung für die Missverständnisse im Zusammenhang mit TDP zu sein, ist aber in der Tat weit davon entfernt. Zunächst ist zu beachten, dass keiner der Werte in der Formel festgelegt ist. Alle Werte sind Variablen, die sich mit dem betreffenden Prozessor ändern. Dies bedeutet, dass Zahlen nach Belieben manipuliert werden können, um den gewünschten TDP-Wert zu erhalten, und der TDP-Wert kann manipuliert werden, um nur die willkürlich definierten Zahlen auf der rechten Seite zu erhalten. Aus diesem Grund wurde angegeben, dass die TDP-Werte von Intel und AMD mehr "ausgewählt" als "berechnet" werden.

Aber schauen wir uns die Formel an, um zu sehen, was sie tatsächlich bedeutet. Sicherlich steckt hinter einer mathematischen Gleichung etwas Wesentliches? Nun, es stellt sich heraus, dass diese Formel tatsächlich bei der Herstellung eines Kühlers für die CPU verwendet wird. Die Formel deckt im Wesentlichen die Faktoren ab, die erforderlich wären, um das vom CPU-Hersteller ausgewählte TDP-Ziel zu erreichen. Die Variablen in der Formel haben für den Endbenutzer jedoch keine Bedeutung.

Bis jetzt scheint es so, als ob TDP-Nummern nur ein Werbegespräch sind, das die Unternehmen auf ihre CPU-Boxen setzen, um den Verbraucher irrezuführen. Dies ist jedoch nicht ganz der Fall. Tatsache ist, AMD und Intel haben nie behauptet, dass der TDP den Stromverbrauch der CPU anzeigen soll. Sie listen den TDP speziell als Indikator für die Wärmeleistung und als Leitfaden für den Kühler auf, der zur Ableitung der Wärme von der CPU erforderlich ist. Die Missverständnisse in Bezug auf TDP beruhen auf vielen Faktoren, insbesondere auf der Verwendung von „Watt“ zur Darstellung der Wärmeleistung, die leicht missverstanden werden können.

Wie nützlich TDP-Nummern sind

Sie könnten denken, dass die von AMD und Intel ausgegebenen TDP-Nummern für den Endbenutzer keine Bedeutung haben. Diese Aussage mag bis zu einem gewissen Grad zutreffen, bedeutet jedoch nicht, dass die TDP-Nummern völlig nutzlos sind. Dieser Ansatz bietet zwei große Vorteile:

Verschiedene Prozessoren bei derselben TDP

Der erste große Vorteil der Erstellung einer TDP-Bewertung für die Prozessoren besteht darin, dass AMD und Intel an den anderen Variablen in der TDP-Formel arbeiten können, um das gewünschte TDP-Ziel zu erreichen. Es wurde zuvor erklärt, dass die Variablen in der Formel nach Belieben manipuliert werden können, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies könnte in der Praxis nicht so schlimm sein. In der Realität bedeutet dies, dass der Hersteller eine angemessene TDP für seine Komponente auswählen und dann die Einbauten der Komponente fein abstimmen kann, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies ist eine etwas vereinfachte Erklärung dafür, warum diese Formel so offen für Manipulationen ist.

Die Variablen in dieser Formel variieren von CPU zu CPU, während wir mehrere CPUs von AMD und Intel sehen können, die dieselbe TDP verwenden. Beispielsweise teilen sich der Ryzen 7 3800X, der Ryzen 9 3900X und der Ryzen 9 3950X alle die gleiche TDP von 105 Watt. Jedem ist sofort klar, dass der Ryzen 9 3950X von allen CPUs, die diese TDP gemeinsam nutzen, die meiste Energie verbraucht. Dies liegt daran, dass AMD dieses Ziel-TDP durch Manipulieren und Feinabstimmen der anderen Werte in der Formel erreicht hat, um die beste Wärmeübertragung und den besten thermischen Wirkungsgrad bei einer höheren Leistungsaufnahme zu erzielen.

Entwicklung von Kühllösungen

Der zweite große Vorteil der TDP-Ratings ist eigentlich der Hauptgrund, warum die TDP-Nummern überhaupt ausgewählt wurden. Da TDP die von Intel und AMD gewählte Zahl ist, die sich auf die Wärmemenge bezieht, die der Kühler abführen muss, damit die CPU wie beabsichtigt funktioniert, hilft dieser Wert den Kühlerherstellern tatsächlich, geeignete Kühllösungen für die CPUs zu entwickeln. Dies stellt sicher, dass die von den Herstellern herausgegebenen CPUs über ausreichende Kühler verfügen, die sowohl von Erst- als auch von Drittherstellern auf dem Markt erhältlich sind.

Wenn eine neue CPU angekündigt wird, sendet AMD / Intel ein detailliertes Dokument an die Kühlerkonstrukteure, das als „Thermal Design Guide“ bezeichnet wird. Dieses Handbuch enthält alle erforderlichen Informationen zu dem betreffenden Chip, einschließlich der Methode zur Berechnung der TDP für diesen Prozessor. Alle an der Formel vorgenommenen Anpassungen sind ebenfalls in der Anleitung vermerkt, damit der Kühlerhersteller auch die Manipulationen anpassen kann. Die Hersteller können dann ihre eigenen Kühllösungen entwickeln, die dann strengen Tests mit den betreffenden CPUs unterzogen werden. Diese Prüfung stellt sicher, dass der Kühler sicherstellen kann, dass der Chip mit seiner Nennleistung läuft, ohne TJmax zu verletzen.

Kühlerhersteller auf TDP

Auch die Hersteller dieser Kühllösungen sind zum Thema TDP polarisiert. Es ist offensichtlich, dass keiner von ihnen tatsächlich den Zahlen vertraut, die AMD und Intel für ihre CPUs ausgegeben haben. Aufgrund des Grads der Anpassung und Manipulation an die TDP-Formel und der Variation der Leistungsaufnahme und der Thermik aufgrund von Boosting-Techniken achten die Kühlerhersteller kaum auf die tatsächliche Anzahl. Die Hersteller neigen dazu, die Funktionsweise der Kühler durch eigene Tests an den betreffenden CPUs zu validieren.

Möglicherweise haben Sie bemerkt, dass für Kühler auch eine TDP-Bewertung angegeben ist. Dies ist eine weitere TDP-Nummer, die im realen Betrieb nicht viel Substanz enthält. Wenn ein Kühler für 95 W TDP ausgelegt ist, bedeutet dies nicht unbedingt, dass er einen Prozessor kühlen kann, der ebenfalls für 95 W ausgelegt ist. Hier spielen einfach zu viele Variablen eine solche endgültige pauschale Aussage. Die Hersteller von Kühlern testen und entwickeln ihre eigenen TDP-Bewertungen für ihre Kühler, die möglicherweise den von AMD und Intel veröffentlichten Bewertungen entsprechen oder nicht.

Thermische Tests und ordnungsgemäße Überprüfungen sollten Ihr einziger Bezugspunkt beim Kauf eines Kühlers für Ihre CPU sein. Die TDP-Werte sowohl der CPU als auch des Kühlers können den potenziellen Käufer möglicherweise nur verwirren.

Wenn nicht TDP, was dann?

Wenn Sie sich Sorgen über den Stromverbrauch einer CPU machen, die Sie möglicherweise kaufen möchten, können Sie genau dies herausfinden. Anstatt von erfundenen TDP-Zahlen abhängig zu sein, die kaum oder gar keine realen Indikatoren für den Stromverbrauch bieten, sollte man sich vor dem Kauf immer eingehende Überprüfungen und die Wärmeleistung einer bestimmten CPU ansehen. Die TDP sagt nicht das ganze Bild. Dies kann für Kunden, die nur "Watt" neben einer Zahl sehen und davon ausgehen, dass dies die maximale Leistungsaufnahme ist, ziemlich irreführend sein.

Umfassende Überprüfungen von CPUs und anderen Komponenten umfassen im Allgemeinen die Stromverbrauchszahlen, die sowohl am 12-poligen ATX-CPU-Anschluss als auch an der Wand gemessen werden. Dies gibt eine sehr genaue Vorstellung von der Leistungsaufnahme der CPU unter verschiedenen Szenarien. Im Gegensatz zu den TDP-Zahlen sind die auf diese Weise berechneten Stromverbrauchszahlen ziemlich repräsentativ für die tatsächlichen Zahlen, die Sie im normalen Betrieb erwarten können. Diese Werte berücksichtigen auch die Boosting-Algorithmen und alle sofort einsatzbereiten OC-Verbesserungen, die möglicherweise auf bestimmten CPUs aktiviert werden. Die Beurteilung des Stromverbrauchs einer CPU auf diese Weise ist weitaus genauer und repräsentativer für die tatsächlichen Ergebnisse in der Praxis als nur die Schätzung des Stromverbrauchs anhand der TDP-Bewertungen.

Letzte Worte

Zusammenfassend ist es ziemlich offensichtlich, dass die TDP-Zahlen nicht repräsentativ für den Stromverbrauch einer CPU in realen Szenarien sind. Die TDP ist eine Bewertung, die flexibler ist, als die meisten Menschen glauben. Meistens ist es eine Zahl, die von AMD und Intel ausgewählt wird, um Kühlerherstellern ein bestimmtes Ziel zu geben, um das sie ihre Kühllösungen entwickeln müssen. Diese Bewertung bietet viel Interpretationsspielraum und führt daher zu einer großen Anzahl von Missverständnissen. TDP ist keineswegs eine genaue Darstellung der maximalen Leistungsaufnahme einer CPU, wie die meisten ahnungslosen Käufer annehmen könnten.

Die Bewertung hat jedoch in einigen Fällen ihre Verwendung, die sich eher mit der Kühlung der CPU als mit dem Stromverbrauch befasst. Die Hersteller von Kühlern stimmen auch nicht mit der Verwendung von TDP-Nummern und -Formeln durch Intel und AMD überein. Sie entwickeln ihre eigene Methodik und testen, ob die von ihnen hergestellte Kühllösung für eine bestimmte CPU geeignet ist. Es kann auch ungenau sein, die TDP-Nummern einer CPU direkt mit denen einer anderen zu vergleichen, einfach weil beide in ihrem Bewertungssystem „Watt“ verwenden. Der Endverbraucher sollte die Bewertungen immer berücksichtigen, bevor er eine Kaufentscheidung trifft.