آشنایی با توان حرارتی (TDP) در پردازنده‌ها و پاسخ به اشتباهات رایج

یکی از مهم‌ترین پارامترهای فنی در دنیای سخت افزار و الکترونیک، «توان حرارتی» یا همان TDP است. موردی بسیار مهم و حیاتی که البته اشتباهات رایج و بسیاری هم در مورد آن وجود دارد. برای رفع ابهامات و اشتباهات، نیازمند آشنایی با مفهوم دقیق توان حرارتی پردازنده هستیم. در این مطلب به صورت اختصاصی به معنی و مفهوم TDP پرداخته و اشتباهات رایج در مورد آن را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با یکی از مهم‌ترین مفاهیم دنیای سخت افزار، مفهوم توان حرارتی با ما همراه باشید.

توان حرارتی پردازنده یا TDP چیست؟

واژه TDP یا توان حرارتی، چکیده و اختصاری از Thermal Design Power است. احتمالاً Thermal Design Power بسیار وسیع‌تر از آن چیزی که بسیاری از کاربران تصور می‌کنند. TDP که گاهی در برخی مقالات و رشته‌ها به نام Thermal Design Point هم شناخته می‌شود، حداکثر حرارت تولید شده توسط یک قطعه است. هرچند که TDP غالباً برای GPU و CPU استفاده می‌شود، اما این پارامتر شامل بسیاری از تراشه‌ها، حتی چیپست های مادربرد، تراشه‌های SOC، تراشه‌های پردازشی تلویزیون‌ها و... هم می‌گردد.

در همین رابطه بخوانید:

- معرفی بهترین پردازنده‌های تاریخ
- مقایسه PBP با TDP در پردازنده‌های اینتل و ارتباط آنها با میزان گرما و مصرف

اعلام توان حرارتی پردازنده از سوی شرکت‌ها، به این معنی نیست که یک پردازنده یا کارت گرافیک همواره در این مقدار حرارت فعال است؛ بلکه توان حرارتی CPU اعلام شده از سوی سازنده به معنی بیشینه دمایی است که قطعه یا تراشه در بالاترین عملکرد خود، به آن خواهد رسید.اعلام توان حرارتی پردازنده از سوی شرکت‌ها، به این معنی نیست که یک پردازنده یا کارت گرافیک همواره در این مقدار حرارت فعال است؛ بلکه توان حرارتی CPU اعلام شده از سوی سازنده به معنی بیشینه دمایی است که قطعه یا تراشه در بالاترین عملکرد خود، به آن خواهد رسید.

اشتباهات رایج در مورد توان حرارتی (TDP)

یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها در زمینه توان حرارتی، اشتباهات رایج کاربران است. پس از آشنایی با معنی و مفهوم TDP، بهتر است که به سراغ اشتباهات رایج برویم. در واقع توان حرارتی پردازنده به هیچ وجه نشان دهنده توان مصرفی پردازنده نیست؛ توان حرارتی تنها اوج گرمای تولید شده توسط تراشه‌ها است. جالب است بدانید که حتی تا سال 2006، معیارهای اندازه گیری توان حرارتی و اعلام آنها از سوی سازندگان، انتقادات فراوانی را به همراه داشت.

سازندگان CPU، توان حرارتی میانی را به عنوان حداکثر توان حرارتی پردازنده اعلام می‌کردند؛ این در حالی بود که اگر پردازنده با پردازش‌های بسیار سنگین زیر لود می‌رفت، خنک کننده دیگر جوابگوی تهویه نبوده و مشکلاتی را به بار می‌آورد. شاید این سؤال برای شما پیش آمده باشد که اصولاً اطلاع از توان حرارتی یا همان TDP چه ویژگی‌های دارد؟

در همین رابطه بخوانید:

- پردازنده موبایل و دسکتاپ؛ تشریح تفاوت‌ها به زبان ساده

توان حرارتی پردازنده به سازندگان خنک کننده کمک می‌کند تا کولرهایی را طراحی کنند که برای بیشینه حرارتی CPU یا GPU مناسب باشند. همچنین سازندگان مادربرد، قطعات سخت افزاری، لپ تاپ و حتی کامپیوترهای آماده، با اطلاع از حداکثر توان حرارتی، تمهیداتی را خواهند اندیشید که بدین ترتیب محصول آنها به خوبی از پس دفع حرارت برآمده و بتواند با این نقطه گرم کنار بیاید.

پس توان حرارتی پردازنده را با توان مصرفی اشتباه نگیرید. در علم الکترونیک به منظور محاسبه جریان، ولتاژ و ... فرمول‌های محاسباتی خاصی طراحی شده است. TDP نیز برای محاسبه از فرمول اختصاصی خود استفاده می‌کند. دومین اشتباه رایج در مورد TDP آن است که مقدار اعلام شده از سوی سازنده، قطعاً نهایت حرارت تولید شده توسط CPU یا GPU است. شاید بگویید که با اورکلاک به طور حتم با توان حرارتی CPU یا GPU  بالاتری روبرو هستیم که این مسئله را همگی می دانیم؛ اما در بسیاری از موارد حتی برای پردازنده امروزی و مدرن، شاهد توان حرارتی بالاتر از مقدار اعلام شده، حتی بدون اورکلاک هستیم.

چرا توان حرارتی پردازنده ایجاد شده در برخی موارد با مقادیر اعلام شده توسط سازنده ناسازگار است؟ مهم‌ترین علت آن است که همچنان تفاوت‌هایی در فرمول‌های اندازه گیری کمپانی‌های سازنده تراشه‌های پردازشی وجود دارد. هر چند که این فرمول‌ها همگی بسیار نزدیک به هم هستند، اما به هر حال نمی‌توان از این تفاوت‌ها چشم پوشی کرد.

در نتیجه اگر به دنبال آن هستید که از توان حرارتی سی پی یو واقعی یک پردازنده مطلع شوید، بهتر است که بررسی آنها را مطالعه کنید. اشتباه رایج دیگر، مرجع قرار دادن TDP به عنوان عملکرد پردازنده یا تراشه‌های مشابه است. توجه داشته باشید که با کاهش ابعاد «لیتوگرافی» و کوچک شدن سایز ترانزیستورها، توان مصرفی و به طبع توان حرارتی سی پی یو کاهش پیدا می‌کند. این درست است که با پیشرفت علم سخت افزاری توان حرارتی آنها به ازای هر سیکل پردازشی کاهش پیدا می‌کند. لذا باز هم نمی‌توان توان حرارتی را معیار کلی برای اندازه گیری کیفیت یک تراشه قرار داد.

در همین رابطه بخوانید:

- داستان فرآیند ساخت CPU و لیتوگرافی تراشه ها از چه قرار است؟

در صورتی می‌توان معیار توان حرارتی CPU را به عنوان پارامتر مهم و برجسته کیفیت یک تراشه قرار داد که در مقابله با یک پردازنده مشابه، عملکردی نزدیک را ارائه داده اما توان حرارتی پردازنده بیشتری را به همراه داشته باشد. در این شرایط می‌توان گفت که عملکرد پردازنده با توان حرارتی CPU بالاتر اما عملکرد مشابه و یکسان، مأیوس کننده است. البته علم الکترونیک ثابت کرده است که توان حرارتی بالاتر به معنی طول عمر کمتر است.

پیش از آن که به سراغ فرمول اصلی محاسبه TDP برسیم، به این نکته اشاره می‌کنیم که توان حرارتی پردازنده اعلام شده، حاشیه‌ای از حداکثر بار پردازشی CPU یا GPU است که با کمی تفاوت در محاسبه، از سوی سازندگان اعلام می‌گردد. اما در برخی از برنامه‌های سنگین و پردازش‌های خاص، پردازنده از فرکانس پایه (Base) عبور کرده و برای مدت زیادی بر روی فرکانس افزایشی (Boost) باقی می‌ماند که در این حالت، شاهد افزایشی نسبی توان حرارتی هستیم.

فرمول محاسبه توان حرارتی برای یک پردازنده (CPU یا GPU و قطعه مشابه دیگر)

یکی از فرمول‌های محاسبه اینتل برای توان حرارتی پردازنده به این صورت است: توان دینامیکی (Dynamic Power) مصرف شده توسط یک مدار سوئیچینگ، تقریباً برابر با جذر ولتاژ است. در تصویر فرمول، C به معنی ظرفیت الکتریکی، F به معنی فرکانس و V به معنی ولتاژ است. واحد توان حرارتی یا محاسبه توان به‌دست آمده برای TDP هم «وات» است. فرمول محاسبه توان حرارتی:

در همین رابطه بخوانید:

- مقایسه سی پی یو های i7 ،Core i9 و i5 ؛ فرق بين i7

کلام آخر

در بالا به این مسئله اشاره کردیم که توان حرارتی پردازنده دقیقاً به معنی و مفهوم توان مصرفی یک تراشه نیست؛ اما معیار TDP با جریان مصرفی، ارتباط مستقیم دارد. در واقع با مقایسه TDP بین قطعات، می‌توان تا حدودی جریان مصرفی را نیز اندازه گیری کرد. توان طراحی حرارتی با فرکانس نیز رابطه مستقیم دارد؛ افزایش دامنه فرکانس به معنی بالا رفتن توان مصرفی و توان حرارتی سی پی یو است. به همین علت TDP پردازنده‌ها در بسیاری از پردازش‌های سبک، زیر توان حرارتی اعلام شده است.

در این مطلب با توان حرارتی پردازنده یا TDP و همچنین توان مصرفی پردازنده آشنا شدید. امیدواریم مطالب ابن بخش برای شما مفید بوده باشد. ممنون که تا انتها همراه ما بودید.

سوالات متداول

واژه TDP در مشخصات پردازنده به چه معنی است؟

واژه TDP یا توان حرارتی، مخفف عبارت Thermal Design Power است که به معنی توان طراحی حرارتی است.

توان مصرفی واقعی پردازنده حرارتی چیست؟

توان صرفی واقعی پردازنده های استاندارد بین 65 تا 85 وات است، در حالی که پردازنده های چهار هسته ای بین 95 تا 140 وات هستند.

تفاوت توان طراحی حرارتی یا TDP با توان مصرفی واقعی پردازنده در چیست؟

توان حرارتی پردازنده به هیچ وجه نشان دهنده توان مصرفی پردازنده نیست؛ توان حرارتی تنها اوج گرمای تولید شده توسط تراشه‌ها است. توان طراحی حرارتی (TDP) که گاهی اوقات نقطه طراحی حرارتی نامیده می شود، حداکثر مقدار گرمای تولید شده توسط یک تراشه یا جزء کامپیوتری (اغلب CPU، GPU یا سیستم روی یک تراشه) است که سیستم خنک کننده در یک کامپیوتر برای دفع آن طراحی شده است. توان حرارتی پردازنده دقیقاً به معنی و مفهوم توان مصرفی یک تراشه نیست؛ اما معیار TDP با جریان مصرفی، ارتباط مستقیم دارد. در واقع با مقایسه TDP بین قطعات، می‌توان تا حدودی جریان مصرفی را نیز اندازه گیری کرد.