Spotřeba Prescottu - test revizí

Maximální spotřeba vs. TDP

V dokumentaci a prospektech Intel uvádí u svých procesorů hodnotu TDP - Thermal Design Power. Uživatelé toto číslo ve většině případů chápou jako spotřebu čipu. V praxi je však situace komplikovanější.

Spotřeba procesoru závisí na tom, jaké instrukce právě zpracovává. Existuje určitá posloupnost instrukcí, která vytvoří maximální tepelnou zátěž - takovou posloupnost můžeme nazvat ideální instrukční mix. V praxi tato sekvence téměř nikdy nenastává, v žádném programu se nevyskytuje. Avšak aby se předešlo i té malé šanci, musí být základní deska dimenzována na určitý odběr proudu (FMB specifikace). V reálu se však k maximální spotřebě může procesor více či méně přiblížit, v závislosti na tom, jaký program právě vykonává. Obecně čím více optimalizovaný program je, tím vyšší spotřebu vyvolává.

Protože maximální spotřeba klade velké nároky na chladič (... který stojí peníze), udělal Intel s příchodem Pentia 4 kompromis. Do čipu integroval tepelnou ochranu Thermal Monitor, která čip v případě přehřátí zpomalí. To mu umožnilo požadovat po výrobcích chladičů dimenzovat produkty na obvyklou spotřebu - tu Intel stanovil otestováním několika desítek běžně používaných programů. Typickou spotřebu pak označil jako TDP. Jinými slovy - v případě běžné aplikace (podle Intelu běžné - Co to však je? Je to aplikace, kterou používám?) spotřeba procesoru dosáhne zhruba hodnoty TDP, avšak mohou existovat i aplikace (především ty velmi dobře optimalizované), které vyvolají spotřebu vyšší než TDP. Intel nezaručuje, že některá z aplikací nepřekoná TDP, pro takový případ počítá s tím, že procesor bude uměle zpomalen, aby se nepřehříval. Extrémně dobře optimalizovaná aplikace tak paradoxně může způsobit přehřátí procesoru a namísto vyššího výkonu se vlivem prázdných cyklů dočkáte výkonu pouze polovičního.

Upozornění č. 1: Z uvedené definice TDP vyplývá, že u procesorů s podporou HyperThreding bude TDP vyšší. To z toho důvodu, že HyperThreading využívá ladem ležící výpočetní potenciál čipu. Vhodná kombinace dvou programů se ideálnímu instrukčnímu mixu blíží mnohem víc než jen jeden program. Poměr TDP / maximální spotřeba je tak u procesorů s podporou HyperThreadingu vyšší a pro takové čipy je, v případě kdy nechceme zpomalení v běžných aplikacích, potřeba účinnější chladič. HyperThreading však neovlivňuje maximální spotřebu - počet dostupných výpočetních jednotek se nijak nemění.

Upozornění č. 2: Maximální spotřeba není situace, kdy jsou v jednom okamžiku v chodu všechny transistory čipu. Jedná se o reálně dosažitelnou situaci za ideálních podmínek (vhodná sekvence instrukcí a vysoká teplota). Maximální spotřeba odpovídá maximálnímu proudovému odběru Icc_max násobenému napětím při tomto odběru.

Že TDP jsou od základu zajímavé, vyplývá i z následujícího porovnání:

	TDP	Maximální spotřeba	Poměr
Northwood 3.4 GHz	89W	101W	88%
Prescott FMB1 s478	89W	100W	89%
Prescott FMB1.5	103W	115W	90%
Prescott FMB1 LGA775	84W	100W	84%
Prescott FMB2 LGA775	115W	151W	76%

Zatímco poměry TDP k maximu u socket 478 Pentií 4 u všech modelů vcelku sedí, u LGA jsou nižší. Opravdu nechápu, jak je možné, že naprosto stejný procesor jen výměnou patice bez jakékoliv změny v jádře najednou typicky spotřebuje méně. Skoro to až vypadá na nějakou UFO technologii, když stejný program spuštěný na stejném procesoru jen vlivem jiné patice spotřebuje méně. Na důvěryhodnosti čísel TDP to vůbec nepřidává.

FMB - vše je o výtěžnosti

Specifikace napájení Flexible Motherboard a z ní plynoucí nároky na chlazení nejsou o tom, že všechny procesory s papírově danými 78A budou opravdu odebírat 78A. Jednotlivé kusy se od sebe liší - některé spotřebují více a některé méně. Lepší kousky mohou mít nižší napětí, horší kusy naopak vyšší (a z toho se pak odvíjí i proud). Celá specifikace je pak především o výtěžnosti. Představme si situaci, kdy jakožto výrobce procesoru získáme kus, který na 3.0 GHz požaduje 82A, na 2.8 GHz 76A a na 3.2 GHz 88A.

Co s ním? Buďto ho prodáme jako 2.8 GHz model FMB1 nebo jako 3.2 GHz model FMB1.5. Nemůžeme ho ale prodat jako 3.0 GHz FMB1. Na tomto příkladu je jasně vidět, že FMB je hodně o tom, jestli čipy budeme moct prodat nebo ne. V praxi může být níže taktovaný čip s přísnější specifikací FMB mnohem povedenějším kusem - výrobce může stát na výrobních nákladech víc než výše taktovaný čip s méně přísným FMB. Avšak prodejní cena se většinou určuje podle frekvence. Pro zákazníka je tak vhodnější pořídit si lepší kousek s nižší frekvencí a za nižší cenu (toto není případ jen Pentií 4 s jádrem Prescott, ale i například Mobile Athlon XP-M, který byl jasně lepší než prodejní Athlon XP 3200+, ale stál jen zlomek ceny).

Energie pro procesor - nejen procesor "papá"

Uživatele zajímá spotřeba procesoru především ve vztahu k tepelnému výkonu. Protože procesor neprovádí žádnou mechanickou práci a na signálech do čipsetu vydá jen minimum energie, prakticky platí, že spotřeba = tepelný výkon. Pozor ale, že taková logika platí jen pro energii přímo dodanou do procesoru. V praxi však ještě nastávají další ztráty. Zdroj počítače má dnes běžně účinnost kolem 70 až 80 procent. Jinými slovy na každých 7 až 8W jim dodaných kterékoliv komponentě připadnou další 2 až 3W ztrát - ty se přemění v teplo, které musí být ochlazováno ventilátorem (zdroj je tak, společně s procesorem a grafickou kartou, zařízení s nejvyšším výdejem tepla v počítači). K dalším ztrátám dochází na napěťových regulátorech - ty mění příchozích 12V na napětí vhodné pro procesor, např. na 1.4V. Regulátory se při tom silně zahřívají, běžně dnes mívají až 100 stupňů Celsia.

Celkově tedy například 10W přivedených ze zásuvky se v počítači sice změní na 10W tepla, ale na procesor z toho připadne např. 7W, na zdroj 2W a na regulátory 1W.