Potencia de diseño térmico

La potencia de diseño térmico ( TDP , por sus siglas en inglés), también conocida como punto de diseño térmico , es la cantidad máxima de calor que un componente informático ( CPU , GPU o sistema en chip ) puede generar y que su sistema de refrigeración está diseñado para disipar durante el funcionamiento normal a una frecuencia de reloj no turbo (frecuencia base).

Algunas fuentes afirman que la potencia máxima de un microprocesador suele ser 1,5 veces su TDP. ^{[ 1 ]} Se sabe que las unidades de procesamiento gráfico presentan discrepancias aún mayores entre la potencia máxima y el TDP. ^{[ 2 ]}

La potencia media de la CPU ( ACP ) es el consumo energético de las unidades centrales de procesamiento , especialmente de los procesadores de servidor , en condiciones de uso diario "promedio", según la definición de Advanced Micro Devices (AMD) para 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 energético bajo cargas de trabajo elevadas; numéricamente, es ligeramente superior a la potencia media de la CPU del mismo procesador.

Según AMD, la clasificación ACP incluye el consumo de energía al ejecutar varios benchmarks, incluidos TPC-C , SPECcpu2006 , SPECjbb2005 y STREAM Benchmark ^{[ 4 ]} ( ancho de banda de memoria ), ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} que AMD afirmó que es un método apropiado de medición del consumo de energía para centros de datos y entornos de carga de trabajo intensivos en servidores. AMD indicó que los valores ACP y TDP de los procesadores se indicarán por separado y no se reemplazan entre sí. Los procesadores para servidores Barcelona y posteriores tienen ambas cifras de potencia.

En algunos casos, se ha subestimado el TDP de una CPU, lo que ha provocado que ciertas aplicaciones reales (típicamente exigentes, 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 "tropiezo térmico") o reducen su velocidad. ^{[ 8 ]} La mayoría de los procesadores modernos solo provocarán un tropiezo térmico ante un fallo catastrófico de refrigeración, como un ventilador que deja de funcionar o un disipador de calor mal instalado.

Por ejemplo, el sistema de refrigeración de la CPU de un 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 de la CPU. Un sistema de refrigeración puede lograr esto mediante un método de refrigeración activa (por ejemplo, conducción combinada con convección forzada ), como un disipador de calor con ventilador , o mediante cualquiera de los dos métodos de refrigeración pasiva : 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 de diferentes fabricantes no se pueden comparar con precisión (un procesador con un TDP de, por ejemplo, 100  W casi con seguridad consumirá más energía a plena carga que los procesadores con una fracción de dicho TDP, y muy probablemente más que los procesadores con un TDP menor del mismo fabricante, pero puede o no consumir más energía que un procesador de otro fabricante con un TDP no excesivamente menor, como 90  W). Además, los TDP suelen especificarse para familias de procesadores, y los modelos de gama baja generalmente consumen mucha menos energía que los de gama alta de la familia.

Hasta alrededor de 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 . ^{[ 9 ]} Intel calcula el TDP de un chip específico según la cantidad de energía que el ventilador y el disipador de calor de la computadora deben 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 está destinada a servir de guía a los ingenieros que diseñan soluciones de refrigeración para sus productos. ^{[ 10 ]} En particular, la medición de Intel tampoco tiene en cuenta completamente 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. ^{[ 11 ]}

Las especificaciones TDP de algunos procesadores pueden permitirles funcionar con diferentes niveles de potencia, según el escenario de uso, la capacidad de refrigeración disponible y el consumo de energía deseado. Las tecnologías que ofrecen TDP variables incluyen el TDP configurable ( cTDP ) y la potencia de diseño de escenario ( SDP ) de Intel , y el límite de potencia TDP de AMD .

El TDP configurable ( cTDP ), también conocido como TDP programable o límite de potencia TDP , es un modo de funcionamiento de las últimas generaciones de procesadores móviles Intel ( a partir de enero de 2014) . ) y procesadores AMD ( a partir de junio de 2012) ) que permite 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 su TDP al mismo tiempo. De esa manera, un procesador puede operar a niveles de rendimiento más altos o más bajos, dependiendo de las capacidades de refrigeración disponibles y el consumo de energía deseado. ^{[ 12 ] : 69–72 [ 13 ] [ 14 ]}

Los cTDP suelen proporcionar (pero no se limitan a) tres modos de funcionamiento: ^{[ 12 ] : 71–72}

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

Por ejemplo, algunos procesadores móviles Haswell admiten cTDP arriba, cTDP abajo o ambos modos. ^{[ 15 ]} Como otro ejemplo, algunos procesadores AMD Opteron y APU Kaveri se pueden configurar para valores de TDP más bajos. ^{[ 14 ]} El procesador POWER8 de IBM implementa una funcionalidad de limitación de potencia similar a través de su controlador integrado en el chip (OCC). ^{[ 16 ]}

Intel introdujo la potencia de diseño de escenarios ( SDP ) para algunos procesadores de la serie Y de bajo consumo en 2013. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Se describe como "un punto de referencia térmico adicional destinado a representar el uso del dispositivo relevante térmicamente en escenarios ambientales del mundo real". ^{[ 19 ]} Como clasificación de potencia, la SDP no es un estado de potencia adicional de un procesador; indica el consumo de potencia promedio de un procesador utilizando una cierta combinación de programas de referencia para simular escenarios "del mundo real". ^{[ 17 ] [ 20 ] [ 21 ]}

Como han observado algunos autores y usuarios, la potencia de diseño térmico (TDP) es un parámetro ambiguo. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} De hecho, distintos fabricantes definen la TDP utilizando diferentes métodos de cálculo y diferentes condiciones de funcionamiento, manteniendo estos detalles prácticamente ocultos (con muy pocas excepciones). Esto hace que sea muy problemático (si no imposible) comparar razonablemente dispositivos similares fabricados por distintos fabricantes en función de su TDP, y optimizar el diseño de un sistema de refrigeración en términos de gestión térmica y coste.

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

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