TDP: cos'è e perché non è (sempre) il consumo

Cos’è il TDP? #

Quando ci apprestiamo ad acquistare un nuovo processore o una scheda video, consultando le specifiche tecniche di queste componenti ci imbattiamo nel termine TDP, acronimo di Thermal Design Power o Thermal Design Point, che utilizza i watt come unità di misura.

Questo indicatore, generalmente, viene associato al consumo di energia, ma si tratta di un pensiero sbagliato: la definizione più appropriata è quella della misura del calore massimo generato che dovrà essere poi dissipato da un microprocessore o da qualunque altra componente del nostro PC. Questo si riferisce al pieno carico di lavoro e indica il valore guida per poter funzionare correttamente come previsto dal produttore. Si misura, appunto, in watt ma termici, non elettrici.

Questo valore, inoltre, non è mai stato il risultato di un calcolo esatto per ogni singolo modello di processore, ma già in passato rappresentava piuttosto un “livello-soglia”, identificato e scelto dai produttori di chip per classificare i propri prodotti, come vedremo meglio nel paragrafo che segue, importante perché grazie a questa informazione gli OEM potessero produrre sistemi di dissipazione adatti ai chip utilizzati.

Il TDP è tuttora un parametro importante per la scelta di soluzioni di dissipazione anche per l’utente finale che, magari, anziché affidarsi ad una macchina preassemblata decide di costruirne una secondo il proprio gusto e le proprie esigenze. Semplice, no? Purtroppo, però, sebbene la sua definizione sia condivisa, i principali produttori di chip, ne fanno interpretazioni differenti (e c’entra tanto anche il marketing!).

La matematica non è un’opinione… o forse sì? #

Secondo la definizione attuale di Intel, il TDP si riferisce al consumo di energia sotto il massimo carico teorico applicato in modo continuativo. La definizione ha subito più revisioni nel tempo e infatti, precedentemente, era indicato come la potenza massima che un processore può assorbire per un periodo termicamente significativo durante l’esecuzione di software commercialmente utile; prendeva quindi come riferimento i valori sostenuti e non i picchi istantanei, solitamente poco incisivi sulle caratteristiche termiche di un chip.
Il TDP era comunque calcolato tramite formule apposite fornite agli OEM e si basava sulla temperatura TCASE, ovvero la temperatura massima consentita per l’IHS (Integrated Heat Spreader) montato su un processore.

Più di recente, con l’uscita di Alder Lake, Intel ha preferito sostituire il TDP nelle schede tecniche con altre due diciture: Processor Base Power (PBP) e Maximum Turbo Power (MTP). Il PBP è definito come “la dissipazione di potenza media nel tempo che il processore è convalidato per non superare durante l’esecuzione di un carico di lavoro ad alta complessità specificato da Intel alla frequenza base e alla temperatura di giunzione”, mentre l’MTP è definito come “la massima dissipazione di potenza sostenuta (>1s) del processore limitata dai controlli della corrente e/o della temperatura. La potenza istantanea può superare la Potenza Turbo massima per brevi durate (<=10ms)”. In breve, la prima indica la potenza assorbibile (e dissipabile) a tempo indefinito, mentre la seconda per periodi limitati. Spesso però i limiti di tempo vengono aggirati da molti produttori di schede madri per aumentare le performance dei processori, rendendo alcune CPU molto più difficili da dissipare rispetto a quanto dovrebbero.

L’approccio di AMD è differente nel senso che, partendo dall’assunto che si tratti sempre del calore da dissipare affinché il chip funzioni come promesso dal produttore, il TDP viene calcolato in base alle temperature massime di esercizio delle parti più calde del chip e dell’IHS. Per chiunque fosse interessato alle formule esatte, invitiamo a leggere l’articolo (in inglese) di GamersNexus, la matematica del TDP di Ryzen.

Dato che non si parla solamente di CPU quando si ragiona sul TDP, segnaliamo il punto di vista di Nvidia, invece, che considera questo valore sia come indice del calore generato a pieno carico tanto quanto il consumo di energia elettrica necessario per il funzionamento al medesimo livello massimo di lavoro.

Non sempre “più è meglio” #

Appare evidente, giunti a questo punto, che non sempre “più è meglio”: solitamente a parità di architettura una maggiore potenza assorbita equivale a migliori prestazioni, ma comporta inevitabilmente temperature più elevate. Nel mondo dei notebook, ad esempio, i produttori tendono ad abbassare il TDP delle CPU per ridurre complessità e dimensioni delle soluzioni di raffreddamento, pur mantenendo le temperature di esercizio sotto controllo, evitando surriscaldamenti indesiderati; ciò comporta anche ovvie ripercussioni benefiche sulla durata della batteria.
È bene tenere a mente, comunque, che l’indirizzo generale nei produttori di hardware rimane quello di sviluppare prodotti in grado di raggiungere frequenze sempre più alte mantenendo, al contempo, il calore generato sotto un certo controllo. Questo almeno per quanto riguarda la maggior parte delle CPU, mentre lo stesso non si può sempre dire per le schede video e per alcune CPU top di gamma.

Non è quindi possibile stabilire a priori se un elevato livello di TDP sia qualcosa di positivo o negativo e questo aspetto non deve spaventarci nella scelta di un componente se il nostro primo obiettivo sono prestazioni e potenza bruta. Semplicemente, come già più volte accennato, deve condurci ad una scelta consapevole nella progettazione del nostro sistema che, quindi, ci indirizzi verso soluzioni di dissipazione più efficaci (inevitabilmente anche più costose, che siano ad aria o a liquido), ma anche alla scelta di case che garantiscano un adeguato flusso d’aria e dimensioni adatte per il nostro hardware.

Per concludere, è importante ricordare che seppur ormai il concetto di TDP si sia mischiato a quello di consumo energetico, grazie a regolazioni più precise di frequenze di esercizio e potenze assorbite, rappresenta solo un valore indicativo per carichi tipici di lavoro. Per ovvie ragioni, tutta la potenza elettrica assorbita dal chip verrà dissipata sotto forma di calore, ma si parla sempre di quantità variabili e dipendenti dai tipi di calcolo e dalla durata delle operazioni da svolgere.
Al fine di conoscere il consumo ed il comportamento termico di CPU e GPU, in ogni caso, è sempre meglio affidarsi a test e recensioni.