每隔几年，就会推出新一代的计算机处理器。在很长一段时间里，CPU似乎坚持相同的功率水平，而GPU只增加了相对较少的数量。但如今，似乎所有供应商的高端型号都在发布需要大量功率的型号。

CPU 的 250W 和 GPU 的 450W 是否太高？制造商甚至关心这一点吗？在本文中，我们将剥离散热器，看看功率数字背后的真相。

为什么芯片需要电源并发热

CPU和GPU被归类为超大规模集成电路（VLSI） - 大量的晶体管，电阻器和其他电子元件的集合，所有尺寸都是微小的。

这种芯片需要电流流过它们，以执行它们设计的任务。算术逻辑单元通过切换大量晶体管来执行数学运算，以改变电路中其他位置的各种电压。

现代处理器使用一种称为FinFET（鳍场效应晶体管）的晶体管。把这些想象成两个岛屿之间的桥梁，施加小电压便可以连通，允许电流从一个地方传递到另一个地方。

显然，这涉及电流通过岛屿和桥梁，因此需要电力 - 没有它，芯片根本无法做任何事情。但是为什么它们会发热呢？

这是因为所有这些组件都对这种电流有阻力。实际数量确实很小，但考虑到CPU和GPU中的晶体管数量达到数十亿，累积效应非常明显。

指尖上有三十亿个晶体管

典型的CPU可能只有十几毫欧的总内阻，但是一旦它有80A或更多的电流流过它，由于电阻而耗散的能量将超过每秒90焦耳（或瓦特，W）。

这种能量被转移到构成整个芯片的材料上，这就是为什么每个处理器在工作时都会变热的原因。大芯片需要主动冷却以防止其温度上升过高，因此所有这些热量都需要转移到其他地方。

还有其他因素会影响散热量，例如电流泄漏，但如果处理器“损失”能量（以热量的形式），则需要不断“消耗”它以保持功能。

换句话说，损失的热量几乎与芯片的额定功率相同。因此，让我们首先看一下中央处理单元，看看它们的功率要求多年来是如何变化的。

CPU功耗数据背后隐藏的真相

多年来，CPU供应商一直通过一个简单的数字来说明其处理器的功耗：热设计功耗或TDP。不幸的是，随着芯片设计的发展，这个数字经历了各种定义。

英特尔目前的定义是：

“在基本频率和最大结温下执行英特尔指定的高复杂性工作负载时，处理器在制造过程中被验证为不超过的时间平均功耗”

换句话说，如果您的英特尔 CPU 的基本频率为 3.4 GHz，最高温度为 95 °C ，则只要芯片在这些限制下工作，其额定功率将等于 TDP。

因此，让我们来看看过去17年中CPU的一些例子。在此期间，我们采用了每年发布的最耗电的台式机型号，而忽略了针对工作站等的型号。

除了一些孤立的案例，例如2013年的AMD的FX-9590（TDP为220W！），CPU的功率要求似乎非常一致。

从表面上看，似乎没有迹象表明他们对功耗越来越贪婪，这显然是一件好事。半导体制造的进步以及最佳的集成电路设计一定是造成这种情况的原因。

唯一的问题是市场上几乎每个CPU都可以以远高于其基本频率的速度运行。上面提到的FX-9590的基本频率为4.7 GHz，但可以将时钟速率提高到5.0 GHz。那么接下来会发生什么呢？

你可能会认为这是一个简单的答案：它会消耗更多的功率，从主板吸收更多的电流。不幸的是，情况并非总是如此，因为它取决于主板的BIOS中启用了哪些设置。

英特尔和AMD都有许多选项，所有这些选项都可以激活或停用（取决于BIOS中是否有执行此操作的选项），这将使CPU管理自己的功率和频率。

暂时坚持使用英特尔，用于执行此操作的主要系统称为睿频加速技术。撇开 20 世纪 80 年代风格的名字不谈，它的作用是主动控制 CPU 在给定负载下在一定时间内可以耗散的功率。

英特尔的CPU通常有两个这样的功率限制，PL1（又名TDP）和PL2，尽管还有更多...