Thermal Design Power: differenze tra le versioni

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{{F|hardware|dicembre 2013}}

Il '''Thermal Design Power''' (TDP) (chiamato anche '''Thermal Design Point''') rappresenta un'indicazione del calore (energia) generato da un processore, che è anche la massima potenza che il sistema di raffeddamento deve dissipare. La sua unità di misura è il [[Watt]].

==Considerazioni generali==

Per esempio, il sistema di raffreddamento di un [[CPU|processore]] per computer portatili può essere progettato per un TDP di 20W, il che significa che può dissipare (tramite un sistema di raffreddamento attivo come una ventola, in modo passivo, usando il principio della [[convezione]] o tramite radiazione del calore, o in tutti e tre i modi) 20W di calore, senza eccedere la temperatura di giunzione (massima temperatura interna di funzionamento) del chip.

Il '''thermal design power''' ('''TDP''', chiamato anche '''thermal design point''') rappresenta un'indicazione del "calore" (potenza termica) dissipato da un [[microprocessore]], che il sistema di raffreddamento dovrà smaltire per mantenere la temperatura del processore stesso entro una soglia limite di sicurezza per i propri componenti. La sua unità di misura è il [[watt]].

Il TDP tipicamente non è fissato come la più grande potenza che il processore potrebbe assorbire (come accade con i power virus, che sfruttano intensamente la macchina), ma piuttosto come la massima potenza che potrebbe assorbire quando girano applicazioni reali. Questo assicura che il sistema sarà in grado di gestire tutte le applicazioni senza oltrepassare la sua ''thermal envelope'' (cioè l'abbinamento tra watt dissipati e temperatura di funzionamento del processore), senza richiedere una soluzione di raffreddamento per la massima potenza teorica, che sarebbe più costosa e non darebbe benefici reali.

Per esempio, il sistema di raffreddamento di un [[CPU|processore]] per computer portatili può essere progettato per un TDP di 20W20 [[watt]], il che significa che puòdeve potere dissipare 20 [[joule]] di calore (energia) al secondo, senza eccedere la temperatura di giunzione<ref>{{Cita web|url=https://www.vincenzov.net/tutorial/dissipatori/calcolo.htm|titolo=Calcolare la temperatura di giunzione|accesso=2019-05-03}}</ref> del chip, ovvero la massima temperatura interna di funzionamento. La dissipazione del calore avviene normalmente tramite un sistema di raffreddamento ''attivo'' come una ventola, in modo ''passivo'', usando il principio della [[convezione]] o tramite ''radiazione del calore'', o in tutti e tre i modi) 20W di calore, senza eccedere la temperatura di giunzione (massima temperatura interna di funzionamento) del chipinsieme.

Il TDP può essere definito in differenti modi dai diversi produttori.

La definizione di TDP nel mercato dei processori varia tra i diversi produttori, perciò spesso non corrisponde alla massima potenza realmente dissipabile dal [[microprocessore]], ma ad un valore inferiore raggiungibile con un utilizzo normale senza rischiare di danneggiare le giunzioni dei semiconduttori interni per l'eccessivo calore. Al contrario, attuando modalità di [[overclocking]] del microprocessore si può ottenere un aumento delle prestazioni ma anche del calore dissipato, imponendo l'uso di sistemi di dissipazione più efficienti di quelli comunemente consigliati.

[[Categoria:Hardware]]

[[Categoria:Microprocessore]]

== Ambiguità del parametro Thermal Design Power ==

[[cs:TDP]]

[[de:Thermal Design Power]]

Come alcuni autori ed utenti hanno osservato, il Thermal Design Power (TDP) di una [[CPU]] o una [[GPU]] è un parametro ambiguo<ref>https://linuxreviews.org/Thermal_design_power Thermal design power</ref><ref>https://www.green-coding.io/blog/tdp-and-acp/ TDP and ACP for energy estimation in processors</ref><ref>https://www.bequiet.com/en/insidebequiet/5017 Cooling for modern CPUs</ref><ref>https://noctua.at/en/noctua-standardised-performance-rating Noctua’s Standardised Performance Rating (NSPR) and compatibility classification for CPU coolers</ref><ref name=TDP_Definitions >https://gamersnexus.net/guides/3525-amd-ryzen-tdp-explained-deep-dive-cooler-manufacturer-opinions AMD Ryzen TDP Explained: Deep-Dive on TDP Definitions & What Cooler Manufacturers Think.</ref><ref name=Cooling_and_Efficiency>https://www.pugetsystems.com/labs/articles/power-draw-cooling-and-efficiency-amd-ryzen-9000-series-processors/?srsltid=AfmBOooQlLsZaxtOMnCD84eLvA6PdlSYr4kN7tOi-1UTDxXuihqvq--b Power Draw, Cooling, and Efficiency: AMD Ryzen 9000 Series Processors. </ref>.

[[en:Thermal design power]]

Infatti, fabbricanti diversi dichiarano valori di TDP basati su diversi metodi di calcolo e differenti condizioni operative del dispositivo, e mantengono riservati (con pochissime eccezioni) questi importanti dettagli. Ciò rende estremamente problematico (se non impossibile) l’effettuare dei paragoni ragionevoli ed attendibili basati sul TDP fra dispositivi prodotti da diversi costruttori, e inoltre rende difficile ottimizzare il progetto di un sistema di [[raffreddamento]] del [[circuito integrato]] sia in termini sia di gestione del [[calore]] che di [[costo]].

[[es:Thermal Design Power]]

[[fr:Thermal Design Power]]

=== Concetti fondamentali della gestione termica ===

[[ja:熱設計電力]]

[[ko:열 설계 전력]]

Per meglio capire il problema dobbiamo ricordare i principi di base del [[raffreddamento]] di un dispositivo elettronico tramite un [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]]<ref name=Cooling_and_Efficiency />. Consideriamo il [[flusso]] di [[calore]] che scorre fra il “case” (il contenitore) del [[circuito integrato]] e l’[[aria]] dell’[[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] circostante attraverso un [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di calore. Poniamo:

[[nl:Thermal Design Power]]

[[pl:Thermal Design Power]]

:*Pd ([[Watt]]) = [[Potenza (fisica)|Potenza]] termica generata da una [[CPU]] e da dissipare nell’[[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] attraverso un opportuno [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di calore. Corrisponde alla [[Potenza (fisica)|potenza]] elettrica totale assorbita in [[corrente continua]] dalla [[CPU]].

[[pt:Projeto de Força Térmica]]

:*Rca ([[°C]]/W) = La [[resistenza termica]] del [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di calore tra il “case della [[CPU]] e l’[[aria]] dell’[[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] circostante.

[[ru:TDP]]

:*Tc ([[°C]]) = Massima [[temperatura]] del “case” della [[CPU]] che ne garantisce le piene prestazioni.

[[sv:Thermal Design Power]]

:*Ta ([[°C]]) = Massima [[ temperatura]] dell’[[aria]] presente all’ingresso della [[Ventilatore |ventola]] del [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di calore.

[[tr:Isıl Tasarım Enerjisi]]

[[zh:TDP]]

Questi parametri sono uniti fra di loro dalla seguente [[equazione]]:

::<math>(Tc-Ta)=Pd \cdot Rca </math>

Quindi, una volta che sono note:

:* La [[Potenza (fisica)|potenza]] termica (Pd)da dissipare;

:* La [[temperatura]] massima (Tc) ammessa per il “case” della [[CPU]];

:* La [[temperatura]] massima (Ta) dell’[[aria]] all’ingresso della [[Ventilatore |ventola]] di raffreddamento,

possiamo calcolare la [[specifica tecnica]] fondamentale del [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di [[calore]], ovvero la sua [[resistenza termica]] Rca, come:

::<math> Rca=\frac {(Tc-Ta)}{Pd} </math>

NB:

:*Questa equazione può anche essere riscritta così:

::<math> Pd=\frac{(Tc-Ta)}{ Rca} </math>

:*Il flusso di calore fra la [[CPU]] e l’[[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] che scorre attraverso il [[circuito stampato]] della [[scheda madre]] (la “[[motherboard]]”) è caratterizzato da una [[resistenza termica]] che è di diversi ordini di grandezza superiore a quella del [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di [[calore]], per cui lo possiamo trascurare in questa trattazione.

=== Problemi con il Thermal Design Power (TDP) ===

Quando si ha a che fare con i TDP dichiarati dalle varie ditte costruttrici, nascono delle ambiguità poiché solitamente i fabbricanti di dispositivi quali [[CPU]], [[GPU]] e simili non rivelano le esatte condizioni sotto le quali i valori di questi parametri sono stati da loro definiti. Ad esempio, mancano:

:*la massima [[temperatura]] Tc da garantire al “case” del dispositivo (parametro essenziale) affinché le sue funzioni non vengano rallentate;

:*la massima [[temperatura]] dell’[[aria]] nell’[[Ambiente (termodinamica)|ambiente]];

:*i dettagli circa l’esatto carico computazionale del dispositivo.

Ad esempio, in una pagina di supporto generale [[Intel]] dice brevemente che il TDP si riferisce alla Potenza consumata durante il carico di lavoro massimo teorico<ref>https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000055611/processors.html Thermal Design Power (TDP) in Intel® Processors</ref>. [[Intel]] ricorda inoltre a partire dalla dodicesima generazione delle loro [[CPU]] il termine '''Thermal Design Power (TDP)''' è stato sostituito con '''Processor Base Power (PBP)'''<ref>https://www.cnx-software.com/2022/01/08/tdp-vs-pbp-thermal-design-power-vs-pbp-processor-base-power-differences/ TDP (Thermal Design Power) vs PBP (Processor Base Power) – Are there differences?</ref>.

In una pagina di supporto specifico dedicata al processore [[Core i7]]-7700, [[Intel]] definisce in modo molto generico il TDP come la massima quantità di calore che un processore può produrre quando elabora delle applicazioni di vita reale (“real life”)<ref>https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000031072/processors/intel-core-processors.html Does Thermal Design Power Mean Real Power Consumption? </ref>, senza però descrivere queste applicazioni.

Un altro esempio: in un documento (un [[white paper]]) del 2011 dove i processori [[Xeon]] sono messi a confronto con dispositivi concorrenti della [[AMD]], [[Intel]] definisce il TDP come il punto superiore del profilo termico misurato alla massima [[temperatura]] del “case”, ma senza specificare quale debba essere questa [[temperatura]] né il carico computazionale del processore.<ref>https://www.intel.com/content/dam/doc/white-paper/resources-xeon-measuring-processor-power-paper.pdf Measuring Processor Power – TDP vs. ACP</ref>.

NB: Tutte queste definizioni presuppongono che la [[CPU]] lavori alla frequenza base del [[clock]], senza [[overclocking]].

In conclusione:

:*Non è molto significativo paragonare i TDP fra dispositivi di diversi produttori.

:*La mancanza della massima [[temperatura]] Tc del “case” da garantire fa sì che la scelta di un [[Dissipatore (elettronica)|dissipatore]] di [[calore]] potrebbe risolversi con un surriscaldamento della [[CPU]] (e conseguenti ridotte prestazioni) , o, se si è troppo prudenti, con un raffreddamento troppo spinto (e quindi costi eccessivi).

:*Per garantire le migliori prestazioni possibili e una lunga vita della [[CPU]], bisognerebbe innanzitutto chiedere al costruttore la massima [[temperatura]] Tc del “case”, e poi sovradimensionare il sistema di [[raffreddamento]]. Ad esempio, per tenere conto di carichi di lavoro particolarmente gravosi e di un eventuale [[overclocking]], si potrebbe considerare una [[Potenza (fisica)|Potenza]] termica da dissipare pari a 1,5 volte il TDP dichiarato. È bene ricordare che più bassa è la [[temperature]] di lavoro delle [[Semiconduttore|giunzioni]] nei [[circuiti integrati]] e maggiore sarà l’aspettativa di vita del dispositivo, secondo un fattore di accelerazione espresso molto approssimativamente dall’[[equazione di Arrhenius]]<ref> https://www.ti.com/lit/an/sprabx4b/sprabx4b.pdf?ts=1736495510813 Calculating Useful Lifetimes of Embedded Processors</ref><ref>https://www.electronics-cooling.com/2017/08/10c-increase-temperature-really-reduce-life-electronics-half/ Does a 10°C Increase in Temperature Really Reduce the Life of Electronics by Half?</ref><ref> https://jetcool.com/post/semiconductor-lifetime-how-temperature-affects-mean-time-to-failure-device-reliability/ Semiconductor Lifetime: How Temperature Affects Mean Time to Failure</ref>.

=== Alcuni dettagli del Thermal Design Power (TDP) resi noti da AMD ===

Nell’ottobre del [[2019]], il sito GamersNexus Hardware Guides<ref name=TDP_Definitions />

<ref>https://www.youtube.com/watch?v=tL1F-qliSUk AMD Ryzen TDP Deep-Dive & What Cooler Manufacturers Think of "TDP"</ref> ha mostrato delle tabelle con valori di [[temperatura]] e di [[resistenza termica]] tra “case” e [[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] ricevuti direttamente da [[AMD]], a proposito dei TDP di alcune [[CPU]] delle famiglie [[Ryzen]] 5, 7 and 9. La formula con cui [[AMD]] unisce questi parametri è la nota

::<math> TPD=(Tc-Ta)/Rca </math>

I TPD dichiarati dei dispositivi in esame vanno da 65 W a 105 W; la [[temperatura]] [[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] considerata da [[AMD]] è di +42°[[C]], e la [[temperatura]] dei “case” va da +61,8 [[°C]] a +69,3[[°C]], mentre la [[resistenza termica]] tra “case” e [[Ambiente (termodinamica)|ambiente]] va da 0,189 [[°C]]/W a 0,420 [[°C]]/W.

== Note ==

<references/>

{{Portale|informatica}}

[[Categoria:HardwareMicroprocessore]]