Какой процессор выбрать — критерии и характеристики. Радиатор со вставкой из меди

Многие наверно замечали на процессорах, видеокартах такой параметр как TDP. Расшифровывается этот параметр как thermal design power, а на русском это говорится о требование системы охлаждения. Грубо говоря если TDP процессора 95 Ватт, то система охлаждения должна как минимум отводить 95 Ватт тепловой энергии. В статье мы подробно разберем что это tdp процессора, для чего это, как узнать.

Что такое TDP процессора

Что же такое TDP процессора? Как вы знаете, то все операции на компьютере выполняет процессор. От такой нагрузки он не плохо греется и чтобы во время работы он не сгорел, нужно устанавливать систему охлаждения, то есть простыми словами кулер(вентилятор с радиатором) который крепится на процессор. Кулеры для каждого семейства процессора разные, поэтому просто взять любой и поставить не получится. Мало того что крепление может не подойти, так он еще может не справится с выделяемым теплом процессора, из-за чего процессор будет греться и выйдет из строя. А чтобы понять какой вам нужен кулер, как раз таки параметр TDP вам поможет.

Давайте подробнее разберем этот параметр на примере процессора Intel Core i5-7400

Как узнать tdp процессора

Узнать tdp процессора, то есть тепловыделение при его работе довольно просто. Этот параметр пишется в каждом магазине. Мы зашли в первый магазин в поиске и переходим в характеристики. Там видим раздел «Тепловые характеристики», где как раз и находится нужный нам параметр TDP.

Из полученных данных мы можем сделать вывод, что TDP процессора Intel Core i5-7400 составляет 65Вт. Теперь нужно подобрать кулер для этого процессора. Если процессор выдает 65 Ватт тепловой энергии, то рассеивающая мощность кулера должна быть как минимум 65 Ватт.

При выборе кулера первым делом нужно обращать внимание на сокет на материснкой платы. Сокет — это куда вставляется процессор. Узнать сокет можно там же, где и TDP.

Как видим, сокет у нас 1151. Теперь остается найти кулер для сокета 1151, с рассеивающей мощностью как минимум 65 Ватт.

Находим кулер Cooler Master XDream i117, у которого такие характеристики:

Сокет и рассеивающая мощность подходит, значит для этого процессора можно взять такой кулер.

Еще этот параметр служит для правильного подбора блока питания. Ведь блок питания подбирается на основание тех компонентов которые будут установлены. Чем выше значение TDP у процессора и видеокарты, тем мощнее должен быть блок питания.

А вы знали что если процессор начал греться, то это означает что пора почистить системный блок от пыли и заменить термопасту. Если вам интересно , то мы недавно это обсуждали.

TDP (Thermal Design Power), а по-русски «требования по теплоотводу», является очень важным параметром, который необходимо держать в голове и обращать на него пристальное внимание при подборе комплектующего для компьютера. Больше всех электричества в ПК потребляют центральный процессор и дискретный графический чип, проще говоря, видеокарта. Прочитав эту статью вы узнаете, как определить TDP вашего видеоадаптера, почему этот параметр важен и на что он влияет. Приступим!

Конструктивные требования производителя по теплоотводу указывают нам на то, какое количество тепла способна выделить видеокарта при каком-нибудь виде нагрузки. От производителя к производителю этот показатель может разниться.

Кто-то замеряет тепловыделение во время выполнения достаточно тяжёлых и специфичных задач, например, рендеринга долгого видеоролика со множеством спецэффектов, а какой-то производитель может просто указать значение тепла, выделяемого устройством во время просмотра FullHD-видео, сёрфинга в сети или при обработке прочих тривиальных, офисных задач.

При этом производитель никогда не будет указывать значение TDP видеоадаптера, который он даёт во время тяжёлого синтетического теста, допустим, от , созданного специально для того, чтобы «выжимать» всю энергию и производительность из компьютерного железа. Аналогично, не будут указаны показатели во время процесса майнинга криптовалюты, но только в том случае если производитель нереференсного решения не выпустил данный продукт специально под нужды майнеров, ведь логично указывать тепловыделение во время типичных и рассчитанных для такого видеоадаптера нагрузок.

Для чего нужно знать TDP видеокарты

Если вы не заинтересованы в поломке вашего видеоадаптера от перегрева, необходимо подыскивать себе девайс с приемлемым уровнем и типом охлаждения. Вот тут-то незнание о TDP может стать фатальным, ведь именно этот параметр помогает определить необходимый графическому чипу способ охлаждения.

Количество выделяемого видеоадаптером тепла производители указывают в ваттах. Обязательно необходимо обратить внимание на установленное в неё охлаждение — это один из решающих факторов продолжительности и бесперебойности работы вашего устройства.

Графическим адаптерам с низким потреблением энергии и, соответственно, малым выделением тепла, подойдёт одно лишь пассивное охлаждение в виде радиаторов и/или медных, а также металлических трубок. Решениям помощнее, вдобавок к пассивному отводу тепла, потребуется ещё и активное охлаждение. Чаще всего оно предоставляется в виде кулеров с разными возможными размерами вентилятора. Чем длиннее вентилятор и чем выше показатель совершаемых оборотов в минуту, тем больше тепла он способен рассеять, но это может сказываться на громкости его работы.

Для топовых графических решений в разгоне может потребоваться ещё и водяное охлаждение, но это крайне недешёвое удовольствие. Обычно такими вещами занимаются только оверклокеры — люди, специально разгоняющие до предела видеокарты и процессоры, чтобы запечатлеть этот результат в истории оверклокинга и протестировать оборудование в экстремальных условиях. Тепловыделение в таких случаях может стать колоссальным и потребуется прибегнуть даже к жидкому азоту для охлаждения своих разгонных стендов.

Но в «не совсем правильном» окружении: с памятью, работающей на частоте 1333 МГц, что в полтора раза ниже, чем поддерживаемая по спецификациям. Соответственно, мы решили повторить тестирование «правильным» образом, однако приступив к работе, обнаружили некоторые странности в результатах тестов. Что, после вдумчивого изучения вопроса, привело к написанию данной статьи, поскольку выявленные особенности касаются не только этой модели, но могут проявиться при использовании большинства процессоров семейства Kaveri. И связаны они с одним из нововведений последнего - настраиваемым TDP.

Custom TDP - история вопроса и детали реализации

Долгое время производители х86-процессоров вообще не задумывались об их энергопотреблении и тепловыделении, что было оправдано: микросхемы, потребляющие единицы ватт энергии, в охлаждении не нуждаются, спокойно себя чувствуя в любом типичном персональном компьютере. Однако по мере увеличения сложности полупроводниковых приборов и роста рабочей тактовой частоты начали появляться проблемы. Впервые во весь рост они заявили о себе в Pentium 66, который банально перегревался. А к какому уровню тепловыделения оказались не готовы производители компьютеров? Сейчас уже смешно вспоминать, но речь шла всего лишь о 16 Вт:) Да-да, уровень ниже специализированных CULV-процессоров недавнего прошлого (и даже настоящего) вызвал серьезные проблемы, поскольку оказался неожиданным для привыкшего к маленьким радиаторам или даже их отсутствию рынка.

В дальнейшем рост энергопотребления продолжался, что вызвало бурный прогресс охлаждающих устройств. Но коснулся он и самих процессоров, заставив задуматься их производителей. К примеру: что будет, если кулер выйдет из строя? Надо делать защиту от критичного перегрева, чтобы не «спалить» дорогостоящий прибор - так появился тротлинг как защитный механизм. А нужно ли процессору всегда работать в одном и том же режиме? В настольных моделях на это долго не обращали внимания, но рост популярности ноутбуков заставил заняться и данным вопросом, «научив» процессоры снижать тактовую частоту и потребляемый ток с целью экономии энергии. Когда процессоры стали многоядерными, усложнились и схемы их работы. В конце концов, далеко не все программное обеспечение равномерно загружает все блоки современного процессора: обычно простаивает то или иное количество вычислительных ядер, а иногда все «упирается» в GPU. В результате полезным оказывается отключить все ненужное в данный момент (для экономии), а оставшийся запас энергии (если есть) отдать «активным работникам». Соответственно, появились несколько состояний простоя, турбо-режимы и многое другое.

Где-то в середине этого процесса энергопотребление как характеристика процессора ушло на задний план - оно все равно меняется в широких пределах каждую секунду (а то и чаще). Зато появилось такое понятие, как TDP. Фактически, это не потребление и не совсем характеристика процессора - это требования к системе охлаждения, при выполнении которых сохраняются гарантийные обязательства поставщика процессора в случае выхода его из строя из-за перегрева. На практике TDP может быть выше реального энергопотребления, а может быть и ниже оного - это неважно. Важно то, что если сборщик конечной системы обеспечил условия по отводу, грубо говоря, как минимум 65 Вт тепла от процессора с TDP 65 Вт, то работоспособность последнего производителем гарантируется. А если не обеспечил - пусть сам с покупателем и разбирается. Таким образом, сборщик может и не обеспечивать должное охлаждение, если уверен, что в большинстве случаев ничего плохого не произойдет. Или может обеспечивать его с запасом для подстраховки.

Ну и следствие из этого, подводящее нас к основной схеме: TDP является не фактическим, а целевым параметром, определяя рабочие частоты и все остальное. Как раз из-за этого на рынке формально представлено огромное количество процессоров на одном и том же кристалле, хотя в беспечальные времена «статических частот» их были считанные экземпляры. Сейчас вот приходится выпускать Celeron для планшетов (Y-серия с TDP 11,5 Вт), ультрабуков и нетбуков (U-серия - 15 Вт), полноразмерных ноутбуков (традиционные М с тепловым пакетом 37 Вт), моноблоков и компактных десктопов (сокетные «Т»-шки, укладывающиеся в 35 Вт) и обычных настольных компьютеров (а тут уже и 53 Вт нормальное дело), т. е. пятикратный разброс между концами линейки. То же самое можно сказать и про четырехъядерные Core i7, только тут уже диапазон поскромнее - от 35 до 88 Вт. И в каждом классе - куча моделей. При том, что есть и пересечения, поскольку рынок стал более разнообразным, чем во времена одних лишь десктопов или десктопов и ноутбуков. Соответственно, нужны разные процессоры для разных условий эксплуатации.

Мы отвлеклись на продукцию Intel, поскольку этот производитель крупнее и многие этапы проходил первым. Однако и AMD приходилось решать те же задачи, причем аналогичным способом, но с поправкой на меньшую долю рынка, из-за чего дробить процессоры на такое количество тепловых классов оказалось накладным: сделаешь больше экономичных моделей - а рынку потребуются высокопроизводительные; выпустишь в следующем квартале больше обычных - а ситуация изменится. Такие ошибки планирования, разумеется, будут бить по продажам, чего желательно избегать. И компания AMD, как обычно, нашла способ избегать этих ошибок. Ноутбучные процессоры - отдельная история, но они и продаются обычно очень крупными партиями по долгосрочным контрактам. А в настольном сегменте удалось резко сократить ассортимент, как раз перейдя к настраиваемому TDP (изначально, впрочем, опробованному на серверном рынке, но там его, естественно, мало кто из широких масс трудящихся заметил).

Что было раньше? Для FM1, например, выпускались APU, рассчитанные на 65 и 100 Вт. Для FM2 изначально - они же. При создании FM2+ компания исправила второе значение на 95 Вт, что равно одной из ступенек для АМ2/АМ3 - весьма разумный подход, поскольку системы охлаждения для этих платформ совместимы. Но рынок требовал и чего-нибудь более экономичного. Для классического FM2 компания выпустила A8-6500T и A10-6700T с TDP 45 Вт, что пригодно и для мини-ПК. Они разлетелись, как горячие пирожки, подтвердив тем самым наличие спроса, однако точно оценить величину спроса сложно - по описанным выше причинам. Поэтому в линейке Kaveri процессоров со сниженным уровнем TDP нет, но они и не нужны: благодаря cTDP любой процессор с TDP 65 Вт можно заставить ограничиваться и 45 Вт, а для линейки Pro нижний порог вообще уменьшен до 35 Вт. Старшие модели (с TDP 95 Вт) ограничение уровня теплопакета, естественно, не поддерживают - чтоб разгону не мешало, благо все множители в них разблокированы. Из моделей на 65 Вт «Black Edition» только один, а именно А6-7400К, но он имеет изначально немалый запас по сравнению с А8/А10 того же теплового класса, поскольку процессор одномодульный и графическое ядро у него урезано.

В общем, что получается? В ассортименте AMD официально больше нет моделей с TDP 35/45 Вт, а у Intel они есть. Но AMD такие процессоры и не требуются, поскольку сборщик конечных систем (по совместительству нередко являющийся и их пользователем) может покупать обычные процессоры, с TDP 65 Вт, и ограничивать TDP средствами BIOS. Схема очень гибкая, но таящая в себе определенный подводный камень: если у Intel процессоры разных тепловых классов относятся к ним именно физически (за исключением ультрамобильных моделей, где у производителя есть определенная свобода), так что от системной платы ничего не зависит, то у AMD все зависит как раз от платы - в схеме работы турбо-режима она занимает не последнее место. Более того, на деле речь идет не о переключении двух режимов, заявленных в спецификации (65 и 35/45 Вт), а о гибком их конфигурировании: большинство системных плат позволяют устанавливать уровень TDP с точностью до 1 Вт в поддерживаемом диапазоне. Такая точность обычно не требуется, но для проверки работоспособности данной возможности мы провели практическое испытание промежуточных значений при помощи одного из тестов методики:

Что ж, хорошо видно, что производительность зависит от выбранного уровня TDP практически линейно. Еще очень хорошо видно, что она от него действительно зависит даже в области максимального значения, т. е. никакого «запаса» у старших двухмодульных моделей APU нет (вопреки расхожему мнению некоторых пользователей, что тепловой пакет указан с учетом графического ядра, так что процессорные его далеко не достигают). В общем, тут есть что изучать, и далеко не только сам процессор А10-7800, который, повторимся, нам все равно нужно было подвергнуть повторному тестированию с полноскоростной памятью.

Кстати, есть ли аналог такой схемы работы у Intel? Да, есть - в серверных платформах и их «настольных» модификациях. В частности, аналогичную картину зависимости производительности от TDP мы в свое время получали на разогнанном Core i7-965 Extreme . А сейчас наблюдаем то же у AMD, причем в самом что ни на есть массовом сегменте.

Конфигурация тестовых стендов

На первый взгляд, 7800 и 7850K выглядят как близнецы-братья: у первого частота процессорной части ниже всего на 100-200 МГц, а графическая у них и вовсе одинаковая, причем работает на постоянной тактовой частоте. На чем же компании удалось сэкономить целых 30 Вт, а то и все 60?

Все просто: на самом деле официальная документация несколько не совпадает с реальностью. Во-первых, это касается графического ядра: в наиболее экономичном режиме его частота может составлять не 720 МГц, а ≈650 или даже ≈550 МГц. Таким образом, надеяться на высокую игровую производительность в режиме 45 Вт не приходится, но если условия позволяют отводить 65 Вт, производительность GPU в двух старших А10 должна быть примерно равной. Но не производительность процессорной части - при нагрузке на графическое ядро она автоматически «проваливается» на уровень 2,5 ГГц, независимо от выбранного теплового пакета. Без оной на 65 Вт реальные частоты совпадают с приведенными в спецификации, а вот на 45 Вт снижаются примерно на полгигагерца. В общем, это куда более сложный процессор, чем кажется.

Причем все описанное выше относится к идеальному случаю: как оно может работать, если ничего не мешает. Но может мешать и материнская плата, с чем мы столкнулись при попытке повторить тестирование. В процессе решения проблем у нас образовался набор результатов, полученных на трех разных системных платах: Asus CrossBlade Ranger, Biostar Hi-Fi A88W 3D и MSI A88XM-E35. Все они основаны на одном и том же чипсете, все имеют позиционирование «выше среднего», но все работают по-разному. К сожалению, это относится не только к результатам - нам, например, не удалось «завести» на 2133 МГц никакие из имеющихся модулей памяти при использовании Asus CrossBlade Ranger. Точнее, все прекрасно работало в процессорных тестах, но вылетали все игровые - при том, что на двух других платах подобных проблем не возникло. В итоге игровые результаты отличаются и по этому параметру: для Asus они получены с DDR3-1866, а на двух других платах - в «полноценном» режиме DDR3-2133. Как это скажется - проверим.

Методика тестирования

Для оценки производительности мы использовали нашу методику измерения производительности с применением бенчмарков и . Все результаты тестирования в бенчмарке iXBT Notebook Benchmark v.1.0 мы нормировали относительно результатов Pentium G3250 с 8 ГБ памяти и SSD Intel 520 240 ГБ, а сама методика вычисления интегрального результата осталась неизменной. Еще одна программа, которую мы, как и в прошлый раз, добавили к тестовому набору - бенчмарк Basemark CL 1.0.1.4, созданный для измерения производительности OpenCL-кода.

iXBT Notebook Benchmark v.1.0

Платы Asus и MSI демонстрируют ожидаемый результат: 7800 немного отстает от 7850K в режиме 65 Вт, но теряет еще 15% производительности при снижении TDP. Все соответствует тактовой частоте: в первом случае она ниже на 200 МГц, а во втором на все 700. А вот с Biostar все плохо: даже на 65 Вт система работает медленнее, чем в случае двух других плат на 45 Вт, ну а в последнем режиме производительность вообще уходит ниже 100 баллов. Такое ощущение, что незначительное использование OpenCL-кода этой моделью определяется как серьезная нагрузка на GPU со снижением тактовой частоты ниже 3 ГГц.

Несмотря на то, что Photoshop CC не слишком любезен с «дополнительными» процессорными ядрами, быстрое выполнение кода OpenCL ему, судя по всему, полезно. Но в общем и целом это не кончается ничем хорошим для платы Biostar. Остальные же теряют по 10% производительности на каждые 30 Вт.

Audition CC еще больше тяготеет к двум-, а не четырехпоточным процессорам, но с применением OpenCL, так что тут 7800 «в родном режиме» почти не отстает от 7850K, резко снижая темп при переходе на 45 Вт. Естественно, происходит такое при нормальном управлении частотами процессорных ядер. Если у платы (или ее прошивки, что вернее) с этим есть проблемы, на результаты без слез не взглянешь.

Причем, заметим, положение дел тем хуже, чем ближе тесты к «чисто процессорным». Фактически на Biostar Hi-Fi A88W 3D при снижении TDP до 45 Вт А10-7800 «тормозится» до уровня... Pentium J2900, что было бы смешно, если бы не было так грустно.

Бывает и еще грустнее - до уровня двухъядерного Celeron J1700. А тест, напомним, тоже в первую очередь на связку «процессор-память».

Компьютер не прекращает тормозить даже при выполнении «бытовых операций». Впрочем, это все равно на 10-20% быстрее эталонной системы на Pentium G3250, но ведь можно же и быстрее!

В общем и целом анализировать результаты платы Biostar не имеет особого смысла до тех пор, пока программисты не исправят ошибки в прошивке. Asus и MSI одинаковы с точностью до погрешности измерения, так что полученные цифры можно считать как раз правильными для А10-7800. И результат этого процессора неплох: отставание от А10-7850K менее 5% в «штатном режиме» и чуть более 10% в экономичном. Таким образом, процессоры четко разделяются по позиционированию: 7850K нужен любителям разгона, а вот 7800 всем остальным будет даже более интересен. Тем более что он способен конкурировать с энергоэффективными «квадами» и двухъядерными процессорами Intel напрямую, а не с поправкой на прожорливость.

Касательно быстрой памяти и APU можно отметить следующее: с DDR3-2166 А10-7800 быстрее, чем Pentium G3250 на 3/15% (45/65 Вт), а при использовании DDR3-1333 он уже отстает на 9% на 45 Вт и буквально на пару процентов обгоняет соперника в штатном режиме. Как нам кажется, развернутые комментарии здесь не требуются:)

OpenCL

Примечательно, что и в тесте для GPU (в первую очередь) у Biostar все плохо - видимо, процессорная часть «не успевает подносить снаряды» быстрому GPU. А последний и правда быстрый: разница с 7850K минимальна в обоих режимах.

Игры в низком разрешении

Поскольку все упирается в графику, все платы примерно одинаковы. За исключением Asus, где пришлось использовать DDR3-1866.

Вот здесь уже отстающей оказалась плата Biostar - по-видимому, влияние процессорной части на частоту кадров в данной игре более весомо.

И вырожденный случай - когда именно процессорные ядра являются определяющими.

Тут - менее, но тоже ощутимо. Заметим, что в режиме 65 Вт результаты испытуемых ближе друг к другу и к 7850K: здесь не требуется управлять частотой GPU.

Поскольку именно с неправильной стратегией регулирования явно и связан проигрыш платы Biostar.

Игры в высоком разрешении

Эти результаты мы приводим без подробных комментариев, поскольку зависимости в целом те же, что и при низком разрешении: чем больше зависит от GPU, тем меньше разница между 7800 и 7850K и тем меньше влияние материнской платы. Кое-где получилось так, что 7850K оказался даже медленнее прочих, т. е. разница между процессорами вполне сравнима с погрешностью измерений и прочими сопутствующими факторами.

Итого

Итак, что мы имеем в итоге? AMD до сих пор не обновила флагмана для платформы FM2+, зато сумела выпустить очень удачный процессор с пониженным энергопотреблением, вполне сравнимый с топовым APU. Особенно это касается игр - так для подобного применения А10 и покупают. Тем более что и в плане быстродействия процессорной части все очень неплохо. В режиме 45 Вт производительность, разумеется, ниже, но ранее в этом сегменте вообще особого выбора не было - особенно при желании получить качественное видеоядро (сама AMD ранее могла предложить только А8). С ценами, правда, ситуация неидеальная, что вообще свойственно Kaveri, но тут уж все на усмотрение покупателя - нужно смотреть цены у себя на местности и покупать или не покупать в зависимости от того, устроят они или не устроят.

К сожалению, данная схема при всех своих достоинствах имеет один серьезный недостаток, которого можно было бы избежать (наверняка), будь уровней TDP действительно два (с жестко «прошиваемыми» в самом процессоре параметрами), а не текущая гибкая настройка, при которой очень многое отдается на откуп системной плате. Иногда это приводит к таким вот совсем уж неприятным эффектам, как мы сегодня получили. В ряде случаев возможно не столь катастрофическое снижение быстродействия, но тоже абсолютно ненужное пользователю. Словом, ситуация похожа на лихие 90-е - когда производительность процессора сильно зависела от платы, в которую он устанавливался. Поэтому остается только надеяться на то, что производители плат сумеют эти ложки дегтя подливать пореже - или сама AMD придумает способ лишить их такой возможности, после чего технологию Custom TDP можно будет признать однозначно полезной и рекомендованной к использованию.

Если вы решили собрать новый компьютер самостоятельно, то вам предстоит решить ряд проблем, связанных с подбором комплектующих. Одной из таких проблем является выбор кулера для процессора. В данной статье мы рассмотрим основные моменты в этом не хитром деле.

Стандартный кулер для процессора

При сборке нового ПК всегда есть соблазн выбрать стандартный кулер, который поставляется вместе с процессором. Ведь при его использовании можно немного сэкономить.

Если вы собираете компьютер для работы с не требовательными программами, то стандартного кулера будет вполне достаточно. Более того, если в корпусе будет организовано хорошее движение воздуха, то стандартный кулер справится даже с тяжелыми программами и компьютерными играми.

Единственное для чего стандартный кулер точно не подойдет, это разгон процессора. Если вы планируете разгонять процессор, то нужно обязательно брать более эффективную систему охлаждения.

Также не стоит выбирать стандартный кулер (или как его еще называют «Боксовый кулер») если вы хотите собрать тихий компьютер. Стандартные кулеры обычно очень маленького диаметра и из-за этого они заметно шумят. При этом обороты у такого кулера должны быть высокие, ведь радиатор под ними также небольшой.

Сокет и габариты кулера для процессора

Если вы выбираете кулер для процессора, то первое, что нужно учитывать это и габариты кулера.

Если выбрать кулер, который ее поддерживает сокет вашего процессора, то вы просто не сможете его установить, кулер не встанет на нужное место. Если же ошибиться с габаритами кулера, то у вас могут возникнуть проблемы при закрытии корпуса. Если кулер окажется больше того пространства, которое есть между процессором и крышкой корпуса, то вы просто не сможете установить боковую крышку.

В случае особо больших кулеров и компактных материнских плат возможны ситуации, когда кулером будут перекрываться слоты под оперативную память или даже PCI Express разъемы. Это также необходимо учитывать при выборе кулера для процессора.

Не стандартный кулер в корпусе компьютера

Поэтому, чтобы не пришлось потом сдавать кулер обратно в магазин, лучше внимательно изучить характеристики кулера и убедиться, что в списке поддерживаемых сокетов есть сокет вашего процессора, а габариты кулера не создадут проблем при сборке системы.

Эффективность кулера

При выборе кулера для процессора очень важно правильно оценить его эффективность и тепловыделение процессора. Для этого лучше всего ориентироваться на TDP процессора и кулера. TDP расшифровывается как «Thermal design power», что в свою очередь можно перевести как «Требования к системе охлаждения». TDP указывается в Ваттах и обозначает количество тепла, которое должна отводить система охлаждения процессора. Более подробно об это можно почитать .

Если в характеристиках кулера указывается TDP на которое он рассчитан, то просто сравните TDP кулера с TDP процессора. В случае если TDP кулера больше, то такой кулер можно спокойно покупать. Он без проблем справится с охлаждением вашего процессора.

Но, в характеристиках кулеров далеко не всегда есть информация о TDP. В этом случае при выборе кулера для процессора приходится оценивать его эффективность опираясь на косвенные факторы. Такими факторами являются:

• Вес радиатора . Чем тяжелее радиатор, тем больше тепла он может забрать от процессора и рассеять в окружающее его пространство. Поэтому чем больше вес радиатора, тем эффективней система охлаждения.
• Количество тепловых трубок . Тепловые трубки передают тепло от процессора к ребрам радиатора. Поэтому чем больше тепловых трубок и чем больше их диаметр, тем эффективней работает радиатор.
• Количество кулеров и их размер . Чем больше кулеров на радиаторе и чем больше диаметр этих кулеров, тем лучше обдувается радиатор и тем эффективней система охлаждения.
• Контакт тепловых трубок . Тепловые трубки могут контактировать с процессором либо напрямую, либо через дополнительную пластину. Оптимальный вариант – это прямой контакт. Так тепловые трубки смогут лучше передавать тепло от процессора к ребрам радиатора.

Довольно часто в технической периодике упоминаются такие характеристики процессоров, как TDP, температура кристалла, максимальная рассеиваемая мощность и т. д. Однако широкая публика недостаточно проинформирована о том, что означает каждый термин и как его трактовать, в обзорах порой появляются не совсем правильные толкования тех или иных результатов и, соответственно, ошибочные выводы. В статье рассмотрены вопросы тепловыделения на примере процессоров Intel, а также некоторые особенности CPU следующих поколений.

Как известно, у каждой сущности есть две крайности. Применительно к микропроцессорам это производительность и энергопотребление, причем первый параметр нам знаком лучше, так как ему в прессе уделяется наибольшее внимание, а о втором рядовой пользователь ПК осведомлен значительно меньше. Знания же эти делятся на две час-ти - эмпирические и теоретические, при этом вторые чаще всего сводятся к знакомству с загадочной аббревиатурой TDP (Thermal Design Point или Thermal Design Power) и соответствующей единицей измерения - ватт. Термин TDP не имеет устоявшегося русскоязычного эквивалента, его можно перевести как «термальная проектная мощность» процессора. Понятием TDP чаще всего пользуются для того, чтобы охарактеризовать термальные (тепловые) показатели микропроцессора (его «горячесть»: чем меньше, тем лучше), и при прочих равных условиях процессору с низким TDP отдается предпочтение. Кроме того, данный показатель служит еще одной цели - устрашению потребителя. Мол, этот процессор рассеивает «много ватт», поэтому его применение в домашних или офисных условиях невозможно.

Как будет видно далее, все определяется не величиной этой мощности, а тем, насколько эффективно мы можем ее рассеивать. Эмпирическую оценку пользователь ПК получает «на слух» - компьютер шумит (что чаще всего связывают с системой охлаждения процессора), или же визуально - через BIOS либо с помощью ПО, поставляемого производителем материнской платы. К сожалению, этим характеристикам обозреватели обычно не уделяют должного внимания, а именно: не просто упоминанию значений температуры в тех или иных местах платы, а их правильному толкованию. К примеру, если пользователь ПК наблюдает в показаниях утилиты температуру процессора в 100 °С, отчаиваться не стоит - на самом деле она гораздо ниже. При столь высокой температуре процессор просто не смог бы функционировать, так как в случае перегрева, каковым и является данное значение, CPU просто остановится. А это означает, что подобная температура не может быть достигнута даже теоретически.

Собственно, главная цель предлагаемого материала - разъяснить, что же скрывается под упомянутыми характеристиками и как их нужно правильно понимать и использовать. Все дальнейшие рассуждения относятся исключительно к микропроцессорам Intel.

Введение в физику процессов

Прежде всего напомним некоторые принципы энергообеспечения микропроцессоров и основы термодинамики, чтобы дать представление о круге задач, решаемых производителем.

Микропроцессор Intel снабжается энергией от источника VRD (Voltage Regulator Down), многим известного как преобразователь напряжения. Он преобразует напряжение 12 В в требуемое для питания процессора - около 1,5 В и менее (Vcc - Voltage CPU Сore, напряжение питания ядра процессора). При этом происходит преобразование напряжения питания на шине 12 В с током 16 А (192 Вт), как указано на блоке питания, в напряжение питания 1,5 В, но током в 100 А (данные цифры приводятся исключительно для упрощения математических расчетов). В такой ситуации, конечно, происходит потеря части мощности (в нашем случае это, к примеру, 42 Вт), поскольку преобразователь имеет КПД менее 100%. Итоговый ток в 100 А поступает на процессор по нескольким сотням ножек - в технической документации можно с удивлением обнаружить, что большинство контактов сокета LGA775 задействованы под питание процессора и заземление.

Значение этой части мощности довольно высоко. Процессор с частотой ядра в 3 GHz рассеивает меньше, чем CPU с частотой 3,4 GHz, но оба они попадают под TDP 95 Вт! О самом параметре TDP мы поговорим чуть ниже, главное пока - понять, что максимальная рассеиваемая процессором мощность - не то же самое, что параметр TDP.

Мощность, покидающая процессор, превращается в тепло, которое для уравнивания теплового баланса должно переместиться в другое место. Если бы возможность отвода этого тепла от процессора не была предусмотрена, то температура CPU стремительно возросла бы и он вышел бы из строя. Поэтому тепло, сгенерированное процессором (его кристаллом), нужно отвести подальше от микросхемы и потратить на абсолютно бесполезную вещь - нагрев воздуха в комнате. Для этого был придуман Fan Heatsink Solution, или активная система охлаждения. Современная конструкция изображена на рисунке (вентилятор там не показан). Тепло, выделяемое кристаллом процессора (на рисунке - темно-зеленого цвета), выводится из него в следующем порядке: сначала проходит через теплопроводящий материал микросхемы, затем попадает на металлическую крышку распределителя (основное назначение которой - не механическая защита кристалла, как многие полагают, а равномерное распределение тепла, рассеиваемого кристаллом микропроцессора). После этого оно перемещается на так называемый теплопроводящий материал, который нанесен на подошву радиатора и имеет разные кристаллические фазы в зависимости от температуры (поэтому никогда не пытайтесь снять теплоотвод с процессора без предварительного включения ПК на 10-15 мин, иначе можно просто вырвать процессор из сокета, особенно при использовании Socket 478). Далее тепло поступает на радиатор и при помощи обдува вентилятором выходит за пределы конструкции.

Еще раз напомним, что главная задача этой конструкции - отвести тепло от микропроцессора и развеять его в окружающем пространстве. На этом пути нас ожидают определенные трудности, и основная из них связана с обеспечением термальной эффективности устройства. Оно представляет собой «слоеный пирог», каждый слой которого может как помочь, так и навредить. Любой материал имеет свою характеристику теплового сопротивления или, в терминологии Intel - термальную эффективность (в документации на процессор - параметр Ψ). Это означает, что он будет нагреваться, а в итоге тепло может вернуться на кристалл процессора. Тепловое сопротивление измеряется в °C/Вт (чем меньше, тем лучше) и показывает, что при прохождении через материал тепловой мощности в 1 Вт температура материала поднимется на эту величину. Например, при прохождении одного ватта тепловой мощности через материал радиатора с параметром Ψ = 0,3 °С/ Вт его температура повысится на 0,3 °С, при 100 Вт тепловой мощности нагрев составит уже 30 °С. Добавив к этому значению температуру окружающей среды в 40 °С, без особых усилий получим целых 70 °С! А это значит, что рано или поздно нагреется и процессор, чего мы как раз и хотим избежать, или, по крайней мере, минимизировать.

Автор пытался оценить качество термопаст, распространенных на отечественном рынке, - оно не выдерживает критики. Во всех случаях их использование приводило к тому, что частота вращения вентилятора теплоотвода процессора была на 200-300 оборотов больше, чем для теплопроводящего материала от Intel. Причина этого - высокое значение теплового сопротивления. Конечно, Intel не выпускает такой материал для своих «коробочных» изделий самостоятельно, но при выборе поставщика проводится тщательный анализ по соотношению цена/производительность. Материалы с самыми хорошими характеристиками стоят дорого, та же закономерность свойственна и для радиаторов. Можно сделать его целиком медным и с огромной площадью рассеивающей поверхности, но он выйдет тяжелым, громоздким и дорогим. Можно использовать дополнительный вентилятор, воздушный поток от которого будет «сдувать» тепло с поверхности радиатора - дешево, но шумно. Есть и другие экзотические способы - например водяное охлаждение, криогенные установки. Они более эффективны, но в массовое производство вряд ли попадут из-за высокой цены и низкой надежности.

Поэтому Intel использует ряд технических решений, в итоге дающих оптимальный баланс. Поиск оптимального решения для охлаждения - это всегда компромисс между стоимостью, эффективностью и надежностью. Общий термальный показатель теплоотвода является суммой тепловых сопротивлений каждого из элементов нашего «пирога», которые встречаются на пути движения тепловой мощности. И каждый элемент может существенно влиять на итоговую интегральную характеристику термальной эффективности теплоотвода.

Подробнее о TDP

TDP - величина, которая применяется для расчета термальной эффективности системы охлаждения. Широко распространенное мнение о том, что TDP определяет максимальную рассеиваемую мощность процессора Intel, в корне неправильно.

Как же используется TDP? Входными данными для расчета тепловой эффективности системы охлаждения (и в итоге разработки ее дизайна) являются значение TDP и максимальная рабочая температура кристалла T case max . Она измеряется в точке T case (см. рис.) - геометрическом центре на поверхности крышки распределителя тепла (обратите внимание: T case - это не температура кристалла, как ошибочно считается). В качестве примера рассмотрим значение TDP в 95 Вт, которое сегодня применяется для расчета систем охлаждения приблизительно у 90% настольных процессоров Intel. Tcasemax для них составляет приблизительно 70 °С (точное значение можно узнать в базе данных SSpec на сайте support.intel.com по SL-коду, присутствующему на маркировке микросхемы и картонной упаковке процессора). Формула для расчета термальной эффективности (теплового сопротивления) будет выглядеть так:

T case max = T ambiеnt + TDP × Ψ,

где T ambiеnt - температура «окружающей среды»,

Ψ = (T case max - T ambiеnt)/TDP = (70 - 38)/95 = 0,34 C/Вт.

В итоге мы должны спроектировать систему охлаждения с такой термальной эффективностью. И тут начинается борьба «добра» (термальная эффективность) со «злом» (экономичность).

Представим, что мы разработали такую систему, теперь ее нужно проверить. Для этого придется повредить поверхность крышки распределителя тепла. В ней делается канавка, в которую закладывают одну термопару. Другую располагают на поверхности двигателя вентилятора (на рис. T ambient). Первой термопарой мы измеряем температуру кристалла, а второй - окружающей среды. Начинаем постепенно загружать процессор и смотрим, как работает наша система охлаждения. При достижении порога 95 Вт температура в точке измерения не должна превышать 70 °С. Указанную мощность могут рассеивать всего несколько моделей из 90% вмещающихся «под зонтиком» в 95 Вт, остальные никогда не доберутся до данного значения. Например, в линейке процессоров Intel Pentium 6×1 все модели рассеивают до 86 Вт, т. е. гипотетически можно предположить, что только начиная с частоты ядра 3,8-4 GHz указанный барьер будет преодолен.

Итак, если во время наших замеров температура в этой точке превышает T case max = 70 °C, что-то здесь не так. Например, на подошву радиатора мы нанесли дешевую термопасту. Возникает вопрос, сколько же максимально может рассеивать процессор Intel при TDP в 95 Вт. В принципе, самая топовая модель семейства способна рассеивать и немногим больше, но это достижимо только при запуске специальной утилиты Intel (широкой общественности она недоступна), задача которой заставить работать все транзисторы на процессоре. С помощью коммерческого ПО этого результата добиться практически невозможно.

Теперь перейдем к вопросу о том, можно ли использовать показания датчиков из BIOS или специализированного ПО для оценки эффективности системы охлаждения. Для этого нужно понять, какую же температуру пользователь видит в настройках BIOS или ПО материнской платы. Дело в том, что на самом кристалле есть два термодатчика. Об одном, датчике управления TCC, мы временно забудем. Второй (на рис. T diode) представляет собой термодиод, у которого анод и катод выведены на две контактные площадки процессора в корпусе LGA4 (для гнезда LGA775). Есть несколько моделей использования этого датчика. К примеру, на плате стоят так называемый токовый компаратор и схема АЦП, которая преобразует разницу токов эталонного и конкретного датчика в цифру и сообщает пользователю это значение через BIOS или специализированное ПО от производителя платы, предварительно проведя конвертацию данного значения в температуру по имеющемуся шаблону, который может быть ошибочным. То есть при считывании числа 12, которое должно соответствовать температуре в 40 °С, мы переводим его в 47 °С или, что еще хуже, мы считали с датчика вместо 12 число 16, что соответствует 70 °С.

Таким образом, мы видим так называемую температуру кристалла… которую уже один раз измеряли, но в другом месте и другим способом. Здесь и сокрыто наибольшее число проблем, вот несколько из них. Во-первых, датчик показывает температуру в конкретном месте на кристалле, и если она в этой точке равна 100 °С, то это еще не означает, что весь кристалл имеет такую же температуру. Ее значение, отображаемое на экране монитора, во многом определяет используемое прикладное ПО. А именно: при 90% загрузки процессора во время игры в DOOM она составит 70 °С, а при тех же 90% загрузки в Photoshop - 55 °С. Т.е. температура в этой точке зависит от того, какие близлежащие блоки CPU используются наиболее активно.

Во-вторых, схема преобразования на плате может быть не откалибрована (чаще всего коррекция калибровки делается через BIOS) или попросту выйти из строя, а специализированное ПО материнской платы - ошибочно запрограммировано на неверный шаблон значений. По этим причинам Intel категорически не рекомендует использование значений данного датчика (в BIOS или ПО плат) для выполнения работ по термальной валидации собранных ПК. Как пример можно привести , в которой исследовались производительность и тепловые характеристики процессора Intel Pentium Extreme Edition 955 на материнской плате Intel D975XBX. Проведя большое количество замеров температур этим (не рекомендованным) датчиком и получив бoльшие значения, обозреватель сделал вывод о том, что показатель максимальной рассеиваемой мощности данного CPU составляет 200 Вт, а не 130, как заявляет Intel.

С подобной ситуацией столкнулись сотрудники одного из популярных англоязычных Web-ресурсов. Когда они увидели, что датчик показывает аномальные значения температур в 100 °С и более, то обратились в Intel, и после безуспешной попытки решить проблему через обновление BIOS (чаще всего это устраняет аномальные показания) пришлось заменить плату. Кроме того, опыт оверклокинга данного процессора (с разблокированным коэффициентом умножения) говорит о том, что со стандартной системой охлаждения Pentium Extreme Edition 955 можно разогнать до 4,2 GHz без модуляции частоты ядра (об этом позже). И стоит еще раз напомнить, что 130 Вт - это проектная характеристика системы охлаждения, а не процессора. Другими словами, это явилось подтверждением рекомендации производителя не использовать данные значения для оценки эффективности систем охлаждения.

Возникает вопрос: зачем такой датчик, где его можно использовать? Основное его назначение сегодня - управление частотой вращения вентилятора системы охлаждения для LGA775. Та же схема считывает показания этого датчика и с помощью четвертого провода вентилятора системы охлаждения (подключаемого к материнской плате), используя ШИМ-модуляцию, управляет частотой вращения вентилятора. Эта схема существенно отличается от применявшейся в системе охлаждения Socket 478, где вентилятором управлял датчик температуры, располагавшийся над двигателем, под крышкой вентилятора с маркировкой Intel. При такой схеме необходимо было учитывать инерционность системы охлаждения, в связи с чем вентилятор работал на оборотах значительно выше, чем необходимо, а значит, шум был более высоким. Температура процессора могла резко возрасти (точка T diode), но мы почувствовали бы это только через длительное время - датчик температуры, который призван немедленно реагировать на все изменения, находится в точке T ambient . Вот и приходилось крутить вентилятор на скорости 2000, а не 1500 об/мин.

На LGA775 система контроля за температурой кристалла T diode моментально реагирует на рост температуры и увеличивает частоту вращения. Как и в предыдущем случае, производитель платы может ошибиться в программировании системы управления и разгонять вентилятор тогда, когда в этом нет необходимости. Данная проблема с неоткалиброванными датчиками или ошибочным программированием будет устранена в следующем поколении чипсетов семейства Broadwater (i965), где схема считывания температуры и управления частотой вращения вентилятора является частью системной логики. Кроме этого, датчик(и) на процессоре Conroe станут цифровыми (схема цифровых датчиков уже работает на Intel Core Duo и называется DTS).

В качестве промежуточного итога отметим следующее. Показатель TDP процессора используется как отправная точка при расчете тепловой эффективности системы охлаждения для этого CPU. Применение датчика температуры (T diode) для схемы управления частотой вращения вентилятора - на сегодня один из наиболее прогрессивных механизмов снижения уровня шума ПК, по крайней мере, в части системы охлаждения процессора. Однако не следует применять показания этого датчика как точную оценку термальной эффективности системы охлаждения процессора и тепловых характеристик системы.

Поведение CPU при перегреве

Отдельно рассмотрим, как ведет себя процессор Intel, когда система охлаждения не справляется с отводом тепла. Этим заведует второй датчик на CPU, который полностью автономен и доступа к нему нет (на рис. это T prochot). Все пороговые значения для него «зашиваются» на фабрике на этапе изготовления. Их два - T prochot и T thermtrip . При достижении датчиком первого значения начинается модуляция частоты ядра процессора. Существуют две схемы - TM2 и TM1. Чаще всего производитель платы сам решает, какую из них использовать, но Intel рекомендует по возможности применять TM2. В этом случае у процессора меняется коэффициент умножения до 12 (2,4 GHz у новых образцов) или 14 (2,8 GHz у старых), а затем снижается напряжение питания ядра. При нормализации температуры CPU возвращается в номинальную рабочую точку в обратном порядке. При изменении напряжения питания процессор доступен и работает, тогда как при изменении коэффициента умножения он становится недоступным на 5 или 10 мкс (в зависимости от модели).

По схеме TM1 выполняется модуляция частоты ядра - из 3 мс ядро простаивает 1,5 мс и работает 1,5 мс. У нее есть еще программная возможность управления скважностью. Данной схемой пользуются утилиты, которые снижают шум системы охлаждения. Понятно, что за это приходится платить производительностью, чудес не бывает. Назначение обеих схем простое: если процессор перегрелся, его необходимо притормозить, дав возможность остыть, что лучше, чем сразу останавливать работу - можно будет хотя бы сохранить файлы. Как только процессор остыл и датчик это «почувствовал», схема TCC (Thermal Control Circuitry) отключается. Конечно, добавлен небольшой гистерезис, дабы избежать постоянных переключений режимов.

Для ТМ2 и ТМ1 их включение проявляется в виде замедления работы системы. Если это не исправило положения, датчик немедленно включает схему THERMTRIP, все внутренние блоки процессора останавливаются и формируется сигнал, отдающий команду преобразователю напряжения (VRD) прекратить подачу питания на CPU. Приблизительное значение температуры, при которой возникает данная ситуация, - 90 °С. Совсем недавно появилась возможность включать схемы TM1/TM2 при перегреве VRD: процессор тормозится и начинает меньше потреблять, и VRD может «передохнуть». На Pentium D вместо сигнальной линии PROCHOT# используется FORCEPR# для активации замедления процессора при перегреве преобразователя напряжения.

Наличие отдельного датчика для схемы борьбы с перегревом порождает новую группу проблем. Мы можем видеть на процессоре температуру T diode = 100 °C, а на датчике T prochot она достигнет лишь 70 °С, т. е. по показаниям первого датчика процессор должен был уже давно остановиться, а он функционирует. И снова все определяется профилем ПО, который по-разному может влиять на показания этих датчиков. Самое неприятное в этой схеме защиты то, что по умолчанию она заблокирована, и задача BIOS материнской платы - включить ее. (забывчивость проектировщика BIOS или его ошибка может дорого обойтись владельцу ПК). В новейших процессорах Conroe одни и те же датчики используются как для схемы управления частотой вращения вентилятора, так и для управления СPU при перегреве. Это должно устранить проблему разночтения показаний датчиков. Данная схема реализована в Intel Core Duo (Yonah) - уже упоминавшийся DTS. Резюме простое: разработчики процессора делают все, чтобы даже при его перегреве сохранялась возможность продолжать работу. Даже в случае катастрофического перегрева можно не волноваться - сам CPU и правильно спроектированная материнская плата с корректной BIOS не позволят себя сжечь.

Дальше - лучше

В заключение затронем один из самых главных вопросов: что делает Intel для снижения показателя рассеиваемой мощности? Существуют два основных пути. Первый - на уровне микроархитектуры отключать те блоки процессора, которые в данный момент не используются. Эта схема наиболее активно применяется в мобильных микропроцессорах. Второй путь - вносить изменения на уровне полупроводниковых материалов. Одной из основных целей при внедрении техпроцесса 65 нм было уменьшение токов утечки, и этого удалось достигнуть - их значения снизились в сотни раз. В итоге, к примеру, мы получили двухъядерные микропроцессоры 900-х моделей степинга C-1, «умещающиеся» в термальный пакет 95 Вт на частотах до 3,4 GHz включительно.

Естественно, рассказ был бы неполным без попытки заглянуть в ближайшее будущее. В III квартале этого года ожидается десктопный процессор с кодовым названием Conroe, который на момент выхода явится квинтэссенцией инноваций Intel в области энергоэффективной производительности. Ожидается 40%-ное повышение быстродействия (по сравнению с Intel Pentium D 950) по тесту SPECint_rate и еще более высокий рейтинг в играх, при этом рассеивающий всего 65 Вт тепловой мощности, использующий более совершенную схему управления частотой вращения вентилятора и контроля перегрева.

Представленный материал в ряде мест был намеренно упрощен, однако, надеемся, не потерял при этом актуальности. Подробную информацию по тепловым характеристикам процессоров Intel можно найти на сайте support.intel.com в следующих документах: Thermal аnd Mechanical Design Guide (TMDG), Thermal Design Guidelines, Processor Datasheet, VRD Design Guide.