Thermal Design Power: differenze tra le versioni

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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:

:*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]].

:*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.

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

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

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'''Thermal Design Power (TDP)’’’''' è stato sostituito con ‘’’Processor'''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 quali siano 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>.

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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. E’ 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]]===