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CPU热功耗及散热解析

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2024年3月20日发(作者:越峻)

● TDP到底是指什么?

TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文翻译为“热设计功耗”,是反

应一颗处理器热量释放的指标,它的含义是当处理器达到负荷最大的时候,释放出的热量,

单位为瓦(W)。

CPU的TDP 并不是CPU的最大功耗(功率),它们是两个没有多少相关性的概念,

功耗(功率)是所有用电器的重要物理参数,是指一个用电器消耗电功率,CPU的真实功

耗(功率)要复杂的多,而且由于CPU的晶体管并不是纯电阻电路而是混合电路,所以不

能简单的使用电压X电流的方法来计算。

CPU的功耗包括“运算所用功耗”和“发热功耗”两部分,而且“运算所用功耗”和

“发热功耗”在实际运行中是随着CPU负荷的大小动态变化的。 而TDP是指CPU电流

热效应以及其他形式产生的最大热能,是一个固定值。显然CPU的TDP(最高释放热量)

小于CPU的最大功耗,但在实际运行中,CPU的功耗和发热往往最不总是以最大状态出

现。

进一步区分,CPU的功耗是CPU从主板上获取的功率,是要求主板供电设计时考虑

的。而TDP是CPU最大发出的热量,是对散热系统提出要求,要求散热系统能够把CPU

发出的热量及时的散掉,也就是TDP是要求CPU的散热系统必须能达到的最大热量驱散

速度。

● CPU的热量来自哪里

那人们可能就想问了,CPU的热量来自哪里? CPU的热量来自三个部分, 第一个

是正常的运算过程中晶体管里的电热效应,这个是无法避免的,因为除了超超导体之外的

任何导体都有电阻就都会发热。

还有两种发热是由于CPU里的两种泄漏电流导致的。这两种电流首先是门泄漏,这是

电子的一种自发运动,由负极的硅底板通过管道流向正极的门;其次是通过晶体管通道的

硅底板进行的电子自发从负极流向正极的运动。这个被称作亚阈泄漏或是关状态泄漏(也就

是说当晶体管处于“关”的状态下,也会进行一些工作)。这两者都需要提高门电压以及驱

动电流来进行补偿。这两种情况都加大了能量消耗和CPU的发热量。

可以以传统的白炽灯来做个类比,其可见光部分的能耗相当于CPU运算所需的能耗,

2024年3月20日发(作者:越峻)

● TDP到底是指什么?

TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文翻译为“热设计功耗”,是反

应一颗处理器热量释放的指标,它的含义是当处理器达到负荷最大的时候,释放出的热量,

单位为瓦(W)。

CPU的TDP 并不是CPU的最大功耗(功率),它们是两个没有多少相关性的概念,

功耗(功率)是所有用电器的重要物理参数,是指一个用电器消耗电功率,CPU的真实功

耗(功率)要复杂的多,而且由于CPU的晶体管并不是纯电阻电路而是混合电路,所以不

能简单的使用电压X电流的方法来计算。

CPU的功耗包括“运算所用功耗”和“发热功耗”两部分,而且“运算所用功耗”和

“发热功耗”在实际运行中是随着CPU负荷的大小动态变化的。 而TDP是指CPU电流

热效应以及其他形式产生的最大热能,是一个固定值。显然CPU的TDP(最高释放热量)

小于CPU的最大功耗,但在实际运行中,CPU的功耗和发热往往最不总是以最大状态出

现。

进一步区分,CPU的功耗是CPU从主板上获取的功率,是要求主板供电设计时考虑

的。而TDP是CPU最大发出的热量,是对散热系统提出要求,要求散热系统能够把CPU

发出的热量及时的散掉,也就是TDP是要求CPU的散热系统必须能达到的最大热量驱散

速度。

● CPU的热量来自哪里

那人们可能就想问了,CPU的热量来自哪里? CPU的热量来自三个部分, 第一个

是正常的运算过程中晶体管里的电热效应,这个是无法避免的,因为除了超超导体之外的

任何导体都有电阻就都会发热。

还有两种发热是由于CPU里的两种泄漏电流导致的。这两种电流首先是门泄漏,这是

电子的一种自发运动,由负极的硅底板通过管道流向正极的门;其次是通过晶体管通道的

硅底板进行的电子自发从负极流向正极的运动。这个被称作亚阈泄漏或是关状态泄漏(也就

是说当晶体管处于“关”的状态下,也会进行一些工作)。这两者都需要提高门电压以及驱

动电流来进行补偿。这两种情况都加大了能量消耗和CPU的发热量。

可以以传统的白炽灯来做个类比,其可见光部分的能耗相当于CPU运算所需的能耗,

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