Potencia de diseño térmico

La potencia de diseño térmico ( TDP ), a veces llamada punto de diseño térmico , es la cantidad máxima de calor generado por un chip o componente de computadora (a menudo una CPU , una GPU o un sistema en un chip ) que el sistema de enfriamiento de una computadora está diseñado para disipar bajo cualquier carga de trabajo.

Algunas fuentes afirman que la potencia máxima nominal de un microprocesador suele ser 1,5 veces la potencia nominal TDP. ^[1]

Intel ha introducido una nueva métrica denominada potencia de diseño de escenario (SDP) para algunos procesadores Ivy Bridge de la serie Y. ^{[2] [3]}

La potencia media de CPU (ACP) es el consumo de energía de las unidades centrales de procesamiento , especialmente los procesadores de servidor , bajo un uso diario "promedio" según lo definido por Advanced Micro Devices (AMD) para su uso en su línea de procesadores basados ​​en la microarquitectura K10 (procesadores de las series Opteron 8300 y 2300 ). La potencia de diseño térmico (TDP) de Intel, utilizada para los procesadores Pentium y Core 2, mide el consumo de energía bajo una carga de trabajo alta; es numéricamente algo más alta que la clasificación ACP "promedio" del mismo procesador.

Según AMD, la clasificación ACP incluye el consumo de energía al ejecutar varios puntos de referencia, incluidos TPC-C , SPECcpu2006 , SPECjbb2005 y STREAM Benchmark ^[5] (ancho de banda de memoria), ^{[6] [7] [8]} que AMD dijo que es un método apropiado de medición del consumo de energía para centros de datos y entornos de carga de trabajo intensiva del servidor. AMD dijo que los valores ACP y TDP de los procesadores se indicarán y no se reemplazarán entre sí. Los procesadores para servidores Barcelona y posteriores tienen las dos cifras de energía.

En algunos casos, se ha subestimado el TDP de una CPU, lo que ha provocado que ciertas aplicaciones reales (normalmente extenuantes, como la codificación de vídeo o los juegos) hagan que la CPU supere su TDP especificado y sobrecargue el sistema de refrigeración del ordenador. En este caso, las CPU provocan un fallo del sistema (un "desconexión térmica") o reducen su velocidad. ^[9] La mayoría de los procesadores modernos provocarán una conexión térmica solo en caso de un fallo catastrófico de refrigeración, como un ventilador que ya no funciona o un disipador de calor montado incorrectamente.

Por ejemplo, el sistema de refrigeración de la CPU de  un ordenador portátil puede estar diseñado para un TDP de 20 W , lo que significa que puede disipar hasta 20 vatios de calor sin superar la temperatura máxima de unión para la CPU del ordenador portátil. Un sistema de refrigeración puede hacer esto utilizando un método de refrigeración activo (por ejemplo, conducción acoplada con convección forzada) como un disipador de calor con un ventilador , o cualquiera de los dos métodos de refrigeración pasivos: radiación térmica o conducción . Normalmente, se utiliza una combinación de estos métodos.

Dado que los márgenes de seguridad y la definición de lo que constituye una aplicación real varían entre fabricantes, los valores de TDP entre distintos fabricantes no se pueden comparar con precisión (un procesador con un TDP de, por ejemplo, 100 W casi con toda seguridad consumirá más energía a plena carga que procesadores con una fracción de dicho TDP, y muy probablemente más que procesadores con un TDP inferior del mismo fabricante, pero puede o no consumir más energía que un procesador de un fabricante diferente con un TDP no excesivamente inferior, como 90 W). Además, los TDP suelen especificarse para familias de procesadores, y los modelos de gama baja suelen consumir significativamente menos energía que los del extremo superior de la familia.

Hasta aproximadamente 2006, AMD solía informar el consumo máximo de energía de sus procesadores como TDP. Intel cambió esta práctica con la introducción de su familia de procesadores Conroe . ^[10] Intel calcula el TDP de un chip específico según la cantidad de energía que el ventilador y el disipador de calor de la computadora necesitan poder disipar mientras el chip está bajo carga sostenida. El consumo de energía real puede ser mayor o (mucho) menor que el TDP, pero la cifra tiene como objetivo brindar orientación a los ingenieros que diseñan soluciones de enfriamiento para sus productos. ^[11] En particular, la medición de Intel tampoco tiene en cuenta por completo Intel Turbo Boost debido a los límites de tiempo predeterminados, mientras que AMD sí lo hace porque AMD Turbo Core siempre intenta alcanzar la máxima potencia. ^[12]

Las especificaciones de TDP para algunos procesadores pueden permitirles trabajar con distintos niveles de potencia, según el escenario de uso, las capacidades de refrigeración disponibles y el consumo de energía deseado. Las tecnologías que proporcionan estos TDP variables incluyen el TDP configurable (cTDP) y el consumo de energía de diseño de escenario (SDP) de Intel , y el límite de potencia de TDP de AMD .

El TDP configurable ( cTDP ), también conocido como TDP programable o TDP power cap , es un modo de funcionamiento de las generaciones posteriores de procesadores móviles Intel (a partir de enero de 2014 ^[actualizar]) y procesadores AMD (a partir de junio de 2012 ^[actualizar]) que permite realizar ajustes en sus valores de TDP. Al modificar el comportamiento del procesador y sus niveles de rendimiento, se puede cambiar el consumo de energía de un procesador alterando al mismo tiempo su TDP. De esa manera, un procesador puede funcionar a niveles de rendimiento más altos o más bajos, dependiendo de las capacidades de refrigeración disponibles y el consumo de energía deseado. ^{[13] : 69–72  [14] [15]}

Los procesadores Intel que admiten cTDP ofrecen tres modos operativos: ^{[13] : 71–72}

• TDP nominal  : es la frecuencia nominal y el TDP del procesador.
• cTDP reducido  : cuando se desea un modo de funcionamiento más frío o más silencioso, este modo especifica un TDP más bajo y una frecuencia garantizada más baja en comparación con el modo nominal.
• cTDP ascendente  : cuando hay refrigeración adicional disponible, este modo especifica un TDP más alto y una frecuencia garantizada más alta en comparación con el modo nominal.

Por ejemplo, algunos de los procesadores Haswell móviles admiten cTDP up, cTDP down o ambos modos. ^[16] Como otro ejemplo, algunos de los procesadores AMD Opteron y APU Kaveri se pueden configurar para valores de TDP más bajos. ^{[15] El procesador} POWER8 de IBM implementa una funcionalidad de limitación de energía similar a través de su controlador integrado en chip (OCC). ^[17]

Descripción de Intel del diseño de escenarios de potencia (SDP) : "SDP es un punto de referencia térmica adicional destinado a representar el uso de dispositivos térmicamente relevante en escenarios ambientales del mundo real. Equilibra el rendimiento y los requisitos de potencia en las cargas de trabajo del sistema para representar el uso de potencia en el mundo real". ^[18]

El consumo de energía de diseño de escenarios ( SDP ) no es un estado de energía adicional de un procesador. El SDP solo indica el consumo de energía promedio de un procesador utilizando una cierta combinación de programas de referencia para simular escenarios del "mundo real". ^{[2] [19] [20]} Por ejemplo, el procesador Haswell móvil de la serie Y (consumo extremadamente bajo) muestra la diferencia entre TDP y SDP. ^[18]

• Generación de calor en circuitos integrados
• Temperatura de funcionamiento
• Potencia nominal
• Intel Turbo Boost
• Núcleo AMD Turbo

• Detalles sobre AMD Bulldozer: los Opteron contarán con TDP configurable, AnandTech , 15 de julio de 2011, por Johan De Gelas y Kristian Vättö
• Cómo hacer que x86 funcione bien, 15 de abril de 2001, por Paul DeMone