本文主要是關于TDP的相關介紹，并著重對TDP及CPU之間的關系進行了詳盡的闡述。

TDP

TDP的英文全稱是“Thermal Design Power”，中文直譯是“散熱設計功耗”。主要是提供給計算機系統(tǒng)廠商，散熱片/風扇廠商，以及機箱廠商等等進行系統(tǒng)設計時使用的。一般TDP主要應用于CPU，CPU TDP值對應系列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，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范圍之內。

TDP是CPU電流熱效應以及CPU工作時產(chǎn)生的其他熱量，TDP功耗通常作為電腦（臺式）主板設計、筆記本電腦散熱系統(tǒng)設計、大型電腦散熱設計等散熱/降耗設計的重要參考指標，TDP越大，表明CPU在工作時會產(chǎn)生的熱量越大，對于散熱系統(tǒng)來說，就需要將TDP作為散熱能力設計的最低指標/基本指標。就是，起碼要能將TDP數(shù)值表示的熱量散出。例如，一個筆記型電腦的CPU散熱系統(tǒng)可能被設計為20W TDP，這代表了它可以消散20W的熱量（可能是通過主動式散熱手段如使用風扇，或是被動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溫。TDP一旦確定，就確保了電腦在不超出熱維護的情況下有能力運行程序，而不需要安裝一個“強悍”，同時多花費添置沒有什么額外效果的散熱系統(tǒng)。一般TDP遠大于芯片能夠散發(fā)的最大能量，CPU的TDP并不是CPU的真正功耗，CPU運行時消耗的能量基本都轉化成了熱能（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滿負荷運行時的發(fā)熱量大一點。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CPU進行超頻以達到損壞硬件的目的），CPU的TDP并不是CPU的真正功耗，因此，TDP值不能完全反映CPU的實際發(fā)熱量（CPU的TDP顯然小于CPU功耗），但TDP卻是芯片在運行真實應用程序時所能散發(fā)的最大能量。CPU的功耗很大程度上是對主板提出的要求，要求主板能夠提供相應的電壓和電流；而TDP是對散熱系統(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，TDP是要求CPU的散熱系統(tǒng)必須能夠驅散的最大總熱量。

CPU TDP和最大功率的關系

其實，處理器參數(shù)中標注的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，實際上CPU參數(shù)中標注的TDP值要小于CPU實際功耗。比如，i5 8500標注的TDP為65W，但并不代表這款處理器的最大功耗是65W，實際上會更高，這也是為什么我們在選電源額定功率的時候，總要比粗略計算出來的主機功率要大的原因。

通俗的說，TDP功耗是CPU最大的發(fā)熱量值，不是CPU的實際功耗，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主板提出的要求，要求主板能夠提供相應的電壓和電流；而TDP是對散熱系統(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TDP功耗是要求CPU的散熱系統(tǒng)必須能夠驅散的最大總熱量。

事實上，制約CPU發(fā)展的一個重要問題就是散熱問題，溫度可以說是CPU的殺手。發(fā)熱量低的CPU設計有望達到更高的工作頻率，并且在整套計算機系統(tǒng)的設計、電池使用時間乃至環(huán)保方面都是大有裨益。目前的臺式機CPU，TDP功耗基本都在100W以下，比較理想的數(shù)值是低于50W，只不過大多數(shù)CPU還達不到這個水平，不過今后的10nm制程CPU，有望可以實現(xiàn)。

很早以前，廠商會對每一款CPU的TDP都會進行單一標注，也就是說不同型號之間，這個數(shù)值幾乎都是不一樣的，并且都遵循一個很基本的原則，主頻越高，TDP越大（功耗越高）。

而近15年來，英特爾和AMD都是“偷懶”采用統(tǒng)一TDP設定制度，而不再單獨為每一個型號制定獨特的數(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設定越大，性能表現(xiàn)越強。TDP是一個可以官方制定的參數(shù)，并不是指實際功耗，而至于怎么設定的，英特爾以及OEM制造商會根據(jù)他們對處理器的期望表現(xiàn)進行調校。

TDP也可以看做是功耗墻，當主板檢測到當前處理器功耗達到設定值時，就會進行降頻等行為以保障系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

英特爾對TDP設定的三大標準：

① 往低設定：降功耗、降發(fā)熱、降性能

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

一個很顯著的案例：TDP設定在25W的i5-8250U的性能要明顯好于設定為15W的狀況。在15W的情況下，8250U非常容易發(fā)生因為觸碰功耗墻而降頻的問題，當我們把功耗墻界限放寬到25W時，CPU表現(xiàn)就好多了。

② 常規(guī)設定：控能耗、控發(fā)熱、穩(wěn)性能

普通家用臺式機處理器的TDP設定基本就遵循著一點，但是家用臺式機的TDP目前來看，已經(jīng)幾乎不存在實際意義，因為現(xiàn)在的臺式機主板都是破解TDP的！也就是說，臺式機主板為了發(fā)揮出CPU的最大性能，默認就解鎖了功耗墻。

有些人以為I5-8500（3.00~4.10GHz）的TDP是65W，所以它的實際功耗在65W左右，不過用軟件檢測一下就可以知道，滿載全核心穩(wěn)定3.90GHz的i5-8500，實際功耗大約是80W（這是核芯顯卡+CPU的總功耗）。如果臺式機主板不破解TDP的話，那么i5-8500肯定沒法穩(wěn)定全核心3.90GHz，估計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，實際功耗要明顯大于這個數(shù)值。

③ 往高設定：保性能、保穩(wěn)定

很多至強E5的TDP設定在130W甚至150W或更高，這是因為服務器、工作站處理器經(jīng)常需要高負載運行（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，這些處理器的實際使用功耗甚至都要低于TDP設定為95W的普通高主頻桌面級處理器。這也就是說，在不破解TDP的主板上，將處理器TDP設定在95W肯定會比65W在高負載運行下表現(xiàn)來得穩(wěn)定，因為95W的功耗墻變高了，CPU性能發(fā)揮的空間就變大了。

有人問，為什么i7-7700有核芯顯卡，主頻比E3系列高一樣，TDP設定在65W，而同一架構 E3-1230V6不僅沒有核芯顯卡，而且主頻更低，TDP卻要設定在72W？這就是因為至強E3系列主要是為工作站、服務器所設計，高負載的數(shù)據(jù)運算、高強度長時間的渲染工作都會對處理器的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的依賴，理論上來說，TDP設定為72W的E3-1230V6在高負載過程中的表現(xiàn)會比I7-7700更加穩(wěn)定。而我們日常家用環(huán)境下，不帶核芯顯卡的E3實際功耗會比i7略低（不過因為家用主板破解TDP，所以這一理論也就失效了）。

TDP與真實功耗之間的關系

到了2018年的今天，依然有很多人對TDP功耗有誤解，不只是把TDP功耗當作處理器標稱功耗，還有個關鍵的問題——處理器的實際功耗要比TDP功耗低還是高？能夠回答對這個問題的人還真不多。

對于TDP功耗，到了2018年的今天，依然有很多人對TDP功耗有誤解，不只是把TDP功耗當作處理器標稱功耗，還有個關鍵的問題——處理器的實際功耗要比TDP功耗低還是高？能夠回答對這個問題的人還真不多。

對于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，對于有些不太明白TDP意義的讀者，我們熱心的讀者都開始給他們科普TDP的含義了，比如下面這位同學：

拔刀齋同學說的不錯，TDP不是最大功耗，它是熱設計功耗，250W TDP的處理器峰值功耗肯定遠超TDP功耗，他評論的這篇文章中說的就是32核Threadripper 2990WX處理器超頻之后峰值功耗超過1000W，這個數(shù)值要比TDP功耗高太多了。

今天這篇超能課堂中我們再深入談談TDP功耗與處理器功耗的問題，看完這篇文章之后大家對TDP功耗就不會再有什么誤解了。

處理器的TDP功耗是什么？它怎么來的？

先來說第一個問題，TDP功耗是什么——TDP是Thermal Design Power熱設計功耗，還有一個說法是Thermal Design Point，后者幾乎沒什么存在感，所以TDP絕大多數(shù)還是跟功耗聯(lián)系在一起，但這個功耗指標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作為熱設計功耗，是有明確的測試條件的，以英特爾為例，TDP是在基礎配置下、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電壓下測量的，在八代酷睿處理器中具體的TDP測試條件如下：

還是以Core i7-8700K處理器為例，它的TDP測試條件是3.6到3.7GHz頻率、核顯1.15到1.2GHz，但是這里的TDP功耗沒有說Tcase溫度，這個指標對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，也就是說低功耗模式下的Core i7-8700K是在不超過65°C情況下用基礎頻率實現(xiàn)95W TDP的。

還有一點要特別說明，TDP功耗測試不僅是跑基礎頻率，還不會涉及處理器的 AVX 浮點測試，而浮點單元現(xiàn)在是CPU功耗的大頭，跑不同的應用功耗差距極大就是這個因素導致的。

綜合來看，我們對TDP可以有如下認知：

·TDP是熱設計功耗，不等于處理器功耗，是處理器損耗的熱功耗，英特爾特別強調它不是處理器的最大功耗

·TDP功耗是算出來的，不同的處理器有不同的算法，跑的主要是基礎配置下非AVX應用。

·Tcase溫度對TDP影響很大，因為TDP本來就是跟散熱相關的。

·TDP測試的持續(xù)時間很短，跟平時跑壓力測試并不一樣。

·TDP功耗的高低不能判斷處理器好壞，有時候更好的TDP意味著更高的性能。

TDP功耗能不能代表處理器功耗？真實功耗比它低還是高？

雖然我們多次強調TDP功耗不代表處理器實際功耗，但很多人還是用它來指代處理器的功耗，這種說法其實也不能完全說錯，導致這個問題的根源在于現(xiàn)在并沒有公認的指標來衡量處理器功耗，而TDP功耗某種程度上也確實代表了處理器的功耗極限，因為TDP差不多就是處理器在最壞情況下的功耗，日常使用中對處理器的負載還真不一定比TDP測試中的負載高，所以多數(shù)情況下處理器的實際功耗比TDP功耗要低一些。

上海交通大學的一篇論文里把TDP功耗說的很全面了

當然，這個情況成立的前提是用戶不涉及TDP測試沒考慮到的情況，而現(xiàn)代的高性能處理器非常復雜，支持的浮點指令集不同，處理器也不是簡單的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4.7GHz，Core i7-8086K加速頻率可達5GHz，而TDP測試中則是使用基礎頻率，這中間可就差了至少1GHz，這對處理器的發(fā)熱、真實功耗影響就大多了。

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？

大家關注處理器TDP功耗，實際上還是關注處理器的實際功耗，誰都希望處理器功耗越低越好，英特爾、AMD也是這樣想的，因為功耗幾乎成了限制處理器進一步發(fā)展的關鍵，尤其是在半導體制程工藝逐漸逼近終點的情況下，如何降低功耗是考驗未來高性能計算發(fā)展的關鍵問題之一。

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算的演講中提到了處理器功耗的分布問題，這要分為兩部分來看：

核心層面的處理器功耗分布

如果不涉及浮點運算，那么處理器中Cache緩存部分消耗了45%的功耗，OOO亂序執(zhí)行/預測單元消耗21%的功耗，檢測網(wǎng)站是否被劫持，再次就是TLB單元了。但是運算要是涉及到了FP浮點單元，情況就不一樣了，F(xiàn)P浮點單元的功耗能占到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

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

在當前的處理器中，計算性能最主要的來源都是FP浮點單元，英特爾這多年來推出的AVX/AVX2/AVX-512都是加強了浮點指令集，性能越來越強大，但是如上所示，F(xiàn)P浮點單元已經(jīng)成為處理器功耗中的大頭，而TDP功耗測試中英特爾明確了測試都是非AVX負載的，也就是浮點單元參與不多，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架構為例，28核Xeon Platium 8180在非AVX下基礎頻率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，在這方面有個通用的公式來計算處理器功耗，簡單來CMOS電路的功耗可以分為動態(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，這部分功耗是無用功耗，會變成廢熱，但現(xiàn)有技術又無法杜絕漏電流，而且它所占的功耗比例有越來越高的趨勢。

至于動態(tài)功耗（Dynamic Power），在不同的技術文檔中它也是由不同功耗組成的，其中有充電/放電導致的開關功耗，可以用1/2*CV2F這個公式來計算，該公式也有不同的變種描述，決定轉換功耗高低的主要是運行電壓和頻率，這也是減少電路功耗的重點。

對某個具體的處理器來說，它的實際功耗高低主要就是動態(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)評測中做了詳細的測試：

Core i7-8700K對比其他處理器的功耗

在這個測試中，他們對比了不同頻率、電壓下的處理器功耗，可以看出來同樣的電壓，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，畢竟動態(tài)功耗跟電壓平方成正比。

總結：

處理器的TDP功耗本質上是給散熱器廠商參考的，但它也確實頂著“Power”功耗這個名字，也是貨真價實的功耗，是處理器在某些限定條件下的功耗，因此用它來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高負載，處理器的真實功耗多數(shù)情況下還是不會高于TDP功耗的，但TDP功耗在復雜情況下就不能跟處理器真實功耗掛鉤了，這個要涉及到處理器的制程工藝、頻率、電壓甚至運行的測試，真實功耗遠超TDP功耗的情況并不少見。

對普通消費者來說，使用TDP功耗對比處理器功耗也是不得已為之，因為現(xiàn)在業(yè)界就缺少一個通用的指標來衡量處理器功耗，顯卡那邊近年來開始使用TBP典型主板功耗及GCP顯卡功耗這兩個指標，但CPU上AMD、英特爾還沒有共識，這個問題暫時無解。

結語

關于TDP的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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