artykuły

Throttling procesora: ograniczanie wydajności czy optymalizacja działania?

Jak działają procesory mobilne.

31
23 stycznia 2020, 17:59 Mariusz Kolmer

Throttling w procesorach mobilnych – temperatura

Jak wspominaliśmy, temperatura nie tylko ma wpływ na parametry działania tranzystorów, a w skrajnych przypadkach może nawet uniemożliwić im odpowiednie działanie, a nawet prowadzić do ich fizycznego uszkodzenia lub uszkodzenia innych elementów procesora. Zatem żeby zapewniać poprawną pracę oraz gwarantować odpowiednią żywotność procesor musi działać nie przekraczając określonego przez producenta zakresu temperatur, który można znaleźć w specyfikacji technicznej. W tym przypadku kluczowa jest maksymalna temperatura, z którą układ może prawidłowo funkcjonować, czyli TJMax (Maximum junction temperature). We współczesnych procesorach temperatura rdzeni CPU jak i innych komponentów jest monitorowana przez wiele sensorów (DTS – Digital Thermal Sensors) i gdy tylko osiągnie/przekroczy TJMax, odpowiednie mechanizmy zostają zaangażowane do jej zredukowania. Jest to tak zwany limit temperaturowy, który na ogół wynosi 90, 95 lub 100 stopni Celsjusza. Producenci komputerów przenośnych mogą jednak ustawić inny, na ogół niższy limit, tak aby na przykład procesor nie nagrzewał obudowy urządzenia.

Throttling w procesorach mobilnych – TDP

TDP (Thermal Design Power) jest jednym z podstawowych parametrów jakim producenci opisują swoje procesory. Wyrażana w watach wartość TDP pierwotnie opisywała maksymalną ilość generowanego ciepła. Obecnie, głównie ze względu na praktykę Intela, wartość TDP określa maksymalną ilość energii cieplnej jaką może wydzielić układ, ale działający z bazowym taktowaniem podczas obciążenia symulującego niemal najgorszy realny scenariusz wykorzystania. Warto zatem już w tym miejscu zaznaczyć, że nie jest to szczytowa ilość ciepła jaką może podczas swojego działania wygenerować procesor. Ta wartość jednak stanowi wytyczną dla producentów urządzeń o jakiej minimalnej skuteczności należy zastosować układ chłodzenia, aby zapewnić procesorowi odpowiednie odprowadzanie tej ilości ciepła i utrzymywanie układu poniżej temperatury maksymalnej (TjMax).

Warto też zaznaczyć, że TDP wykorzystywane do klasyfikacji produktów jest wartością umowną i na ogół służy do opisywania całych klas procesorów, zatem zarówno procesory działające z różnym taktowaniem, a nawet mające różną ilość rdzeni często oznaczane są takim samym TDP. Co więcej sposób szacowania TDP nie jest jasno sprecyzowany i różni się między producentami procesorów, zatem Core i7 może generować mniej lub więcej ciepła niż Ryzen 7, nawet jeżeli oba układy mają oznaczenie TDP na poziomie 45W.
Na podstawie TDP można wyróżnić kilka podstawowych rodzajów procesorów mobilnych przeznaczonych do klas laptopów o różnym przeznaczeniu:

  • seria Y – najbardziej energooszczędne układy, najczęściej 2-rdzeniowe pracujące na bardzo niskim napięciu, których TDP wynosi 4,5/5W lub 7/9W
  • seria U – energooszczędne układy 2- lub 4-rdzeniowe pracujące na napięciu niższym, niż układy desktopowe, ich TDP to 15W
  • seria H/HK – układy przeznaczone do wydajnych urządzeń, wyposażone w od 4 do nawet 8 rdzeni pracujących na napięciu zbliżonym do procesorów desktopowych. Opcjonalna literka K w nazwie oznacza odblokowany mnożnik i daje użytkownikowi możliwość zwiększenia taktowania CPU. TDP tych układów wynosi 45W.

Poniżej dla uproszczenia przedstawimy tylko wybrane, często spotykane modele procesorów.

Nominalne
TDP
Przykład procesoraGłówne zastosowaniePrzykładowe urządzenia



4,5 / 5 W

Intel Core i5-7Y54

Intel Core m3-7Y30

Intel Core m3-8100Y

tablety, urządzenia konwertowalne lub ekstremalnie lekkie i cienkie laptopy przeznaczone wyłącznie do prostych, codziennych zadań jak przeglądanie internetu

Acer Swift 7

Microsoft Surface Pro (2017)

Google Pixelbook Go

 

15 W

Intel i5-8265U

Intel i7-1065G7

AMD Ryzen 5 2500U

laptopy i urządzenia konwertowalne pozwalające na komfortową pracę również w bardziej wymagających aplikacjach, umożliwiające uruchomienie starszych gier

Huawei MateBook 13

Lenovo Yoga C940-14

Huawei MateBook D14




45 W

Intel Core i5-8300H

Intel Core i7-9750H

Intel Core i9-9980HK

AMD Ryzen 7 3750H

laptopy przeznaczone do zadań potrzebujących dużej mocy obliczeniowej, jak kodowanie wideo czy wymagające gry; często wyposażone w dodatkową dedykowaną kartą graficzną

Dell G3 3579

Hyperbook SL504 (AMOLED)

Asus ZenBook Pro Duo

Asus TUF Gaming FX505DU

 

2