处理器的TDP等于它的最大功耗吗？

相信有不少老玩家已经知道处理器的 TDP 并不等于它的实际功耗，但还是有不少人会把 TDP 当作 CPU 的功耗，就比如说 Core i9-11900K 的 TDP 是 125W，所以它的功耗就是 125W，这明显是错的，但也不完全错，所以今天我们就来聊聊 CPU 的 TDP 和功耗这事。

关于 TDP 的定义，它全称是 Thermal Design Power 热设计功耗，维基百科上的解释是指处理器在运行实际应用程序时，可产生的最大热量，单位是瓦特，TDP 主要用于和处理器相匹配时，散热器能够有效地冷却处理器的依据。而 Intel Ark 上对 TDP 的解释略有不同，原文是 " 热设计功耗 ( TDP ) 以瓦特为单位，表示所有活动内核在 Intel 定义的高复杂性工作负载下，以基本频率运行时消耗的平均功率。"

可见无论哪个解释 TDP 都和处理器的功耗没直接关系，并非指 CPU 实际的功耗值， 它的其实是给散热器厂商和系统设备制造商的一个重要参考指标，是台式机、笔记本电脑、服务器等设备散热系统设计的重要参考指标。TDP 越大，表明 CPU 在工作时会产生的单位时间热量越大。对于散热系统来说，需要将 TDP 作为散热能力设计的最低标准，也就是散热系统至少要能散出 TDP 数值所表示的单位时间热量。

在第 37 期的超能课堂中我们已经说过，CPU 的电能几乎都消耗在线路上了，其它还有少量的辐射能和内部储存的化学能可以忽略不计，也就是说 CPU 所消耗的电能几乎都转换成热能了，而 Intel 定义的 TDP 则是处理器在运行实际应用时可产生的最大热量，那么从这个角度来看 TDP 又是否等于处理器的实际功耗呢？

这个问题嘛，要分两个时间段来解释。对于 Intel 处理器来说在 Turbo Boost 2.0 来之前 TDP 是比较接近处理器的最大功耗的，而在 Turbo Boost 2.0 到来之后 TDP 对于普通用户来说参考意义已经不大了。

在最早的时候，处理器其实就只有一个固定的频率，比如赛扬 500 处理器的主频就是 500MHz，随后 Intel 的 SpeedStep 和 AMD 的 PowerNow! 这类节能技术出现让处理器能够自动降低主频以降低能耗与发热，而在需要时又可以迅速地恢复原有的主频以提供标称的计算能力，这个阶段处理器最高频率就是它的基本频率。

既然能让处理器主动降频，那么是否能让处理器自动超频呢？随着技术的演进、操作系统的电源管理逐步完善，这一设想逐渐成为现实，在 Core 2 处理器的移动版上就有了可以让一个核心进入节能状态而让另一核心加速的动态加速技术，到了第一代酷睿处理器 Nehalem 上该技术就进化成了初代 Turbo Boost 睿频技术，可让多核心在以更高频率运行。

其实不论动态加速技术还是睿频技术都是让 CPU 在 TDP 范围内进行自动超频，但不能突破 TDP 的限制，然而自第二代酷睿处理器 Sandy Bridge 开始引入的 Turbo Boost 2.0 就允许 CPU 越过 TDP 进行超频，此时 TDP 已经不能代表处理器的最大功耗了，由于在超过标称 TDP 后，CPU 的发热量会大很多，所以 Intel 又给这个特性加上了最长时间、最高允许的功耗两项限制，后者延伸出了 Power Limit 和 Turbo Time Parameter 这两个东西。

Power Limit 有四个等级，也就平常所说的 PL1、PL2、PL3、PL4，PL1 一般指 CPU 的长时运行最大功耗，等同于 TDP，而 PL2 则是规定了 CPU 在睿频状态下的最大功耗值，PL3 和 PL4 默认是关闭的，即使开启也只是允许 10ms 的瞬时峰值。

Turbo Time Parameter 也就是 Tau，是用于 PL1 指数加权移动平均功率计算的平均常数，它决定了处理器能在超过 PL1 功率后可持续工作多少时间，超过此时间后就会从 PL2 降至 PL1 状态。

对于桌面处理器来说，在第九代酷睿处理器之前，PL2 的值一般是 PL1 的 1.25 倍，但到了第九代酷睿，PL2 的数值已经被大幅提高，并且不同型号处理器的 PL1 可能是一样的，但 PL2 可能差距很大，已经看不出什么规律了。

更重要的是 Intel 把 PL1 和 PL2 的数值开放给用户和 OEM 厂商自行调整的，板厂很早的时候就把 Z 系列主板的 CPU 功耗限制默认全解了，近几年 B 系列主板也给你把功耗限制解除了，PL1、PL2 以及 Tau 是可以在主板 BIOS 里面随意调整的， 想怎么改就怎么改。笔记本上限值稍微多一点，但你会发现许多游戏本会把原本 TDP 45W 的处理器功耗解锁到 100W 以上，并用软件提供多种性能模式给用户自行选择。

解锁功耗限制的好处自然是可以让处理器稳定工作在更高的频率，以 Core i9-11900K 为例，依照 Intel 规范的话，使用 AIDA 64 FPU 负载且仅使用 AVX2 的时候处理器烤机稳定频率是 4.2GHz，解除功率限制的话频率可以稳定在 5.0GHz，当然代价就是 CPU Package 功耗从 125W 直接飙到 266W。

功耗限制这问题在早年四核时代其实没多少人会注意到，当时处理器的功耗比较低，解除限制的满载功耗其实也不会比 TDP 高多少，然而在第八代酷睿之后核心数量开始增加后这问题日益严重，越是顶级的处理器，它的满载功耗和 TDP 相差就越大，以至于现在大家都觉得处理器的 TDP 没啥用了。

一般来说这个功耗限制在 BIOS 的内置《CPU 高级设置》子菜单下，PL1 的选项叫 "Long Duration Power Limit"，PL2 则叫 "Short Duration Power Limit"，Tau 的称号方式在不同品牌的主板上可能会有些不同，但一般都夹在 PL1 和 PL2 选项之间。较早的时候主板会直接帮你解锁这些东西，默认的 Auto 多数就是最大的意思，不过这两代会好点，初次启动时会让你选择是否解除处理器功耗限制，各品牌的主板询问方式可能会有所不同，像微星那样的就是让你选择你用的是什么散热器。

到了 12 代酷睿这里事情又变得复杂起来了，可能是 Intel 看你们板厂都默认解锁功耗控制，12 代酷睿 K 系列处理器默认 PL2 是等于 PL1 的， 上面 BIOS 截图里面 Core i9-12900KS 就是 PL1=PL2=241W，非 K 系列处理器则依然有明显的 PL1 和 PL2 功耗区分。不过到了 12 代这里，Intel 也不用 TDP 了，ARK 里面直接没了 TDP 这项，PL1 叫处理器基础功耗，PL2 则叫作最大睿频功耗。

说真的 12 代酷睿这样标准其实更好让消费者理解，只不过实际到了消费者手上，这些桌面处理器多数也会被解除功耗限制，白给的性能谁不想要呢？会乖乖遵守 Intel 功耗规范的也只有 OEM 厂商卖的整机了。

笔记本那边也会根据机器的散热设计对处理器的功耗限制进行调整，比如 Core i9-12900H 标准状态下 PL1 是 45W，PL2 则是 115W，但我们之前测试的 ROG 枪神 6 游戏本上的它的最高就能设置成 PL1=PL2=135W，而在 ROG 幻 X 二合一设备上只开放到 PL1=55W，PL2=95W。

对于 AMD 的处理器来说，AMD 第一个处理器自动提频技术 Turbo Core 是和 K10.5 架构处理器一同到来的，之后的推土机架构处理器有继续沿用，AMD 的 Turbo Core 和 Intel 的第一代 Turbo Boost 一样被严格控制在 TDP 之内的。

到了后来的 Zen 架构，Turbo Core 升级为 Precision Boost 精准频率提升技术，除此之外还有 XFR 自适应动态扩频技术，在锐龙 1000 处理器的时候它们仅能提升两个线程的频率，和 Intel 的 Turbo Boost 2.0 比起来弱不少，所以在锐龙 2000 处理器的时候推出了第二代 Precision Boost 和 XFR，允许更多线程同时提升到更高的频率，不同线程的负载可以把频率提升到不同水平，频率增幅更大且提频更灵活，这两技术一直沿用至今。

在这两技术投入应用之后 AMD 的锐龙处理器的最大功耗就允许超越 TDP 了，特别是 XFR 是能让 CPU 的频率最大值能随散热方案进行自动调整，散热方案越好频率增幅越明显，所以会出现处理器功率大幅度超过 TDP 的情况，以 Ryzen 7 5800X 为例，它的 TDP 是 105W，实际烤机测试时峰值功耗能到 151W。

当然 AMD 锐龙处理器功耗超越 TDP 的幅度远低于 Intel 的酷睿处理器，这是因为板厂默认并没有解除 AMD 主板上的功耗控制，你会发现锐龙处理器在轻载和重载时处理器的全核频率是不一样的，这就是功耗限制的结果。

想要解除 AMD 锐龙处理器的功耗限制，就得进入主板 BIOS 的 PBO 菜单，把 Precision Boost Overdirve 改成 Advanced 模式，PBO Limits 改成手动模式，然后你就可以看到 PPT、TDC、EDC 三个限制，其中 PPT 是处理器插座功率限制，TDC 和 EDC 则是 VRM 的供电电流限制，你可以把这些东西都设置成最大，但最终依然会受限于主板供电和处理器的散热状况。

解锁 AMD 处理器的功耗限制对于双 CCD 的锐龙 9 处理器来说提升会比较大，单 CCD 的提升幅度就低不少，根据我们此前的测试，Ryzen 9 5950X 在开启 PBO 后 AIDA 64 FPU 烤机功耗从原来的 124W 提升至 229W，全核频率从 3.65GHz 提升至 4.25GHz，R23 跑分成绩提升了 12.2% 之多。

上面所说的都是针对默认状态和使用 PBO 进行自动超频的情况，如果用手动超频模式的话处理器功率限制会被自动解除。

总之处理器的 TDP 并不等于它的功耗，现在处理器的 TDP 和他的最大功耗也没有直接关系，Intel 那边由于板厂默认解锁处理器功耗限制所以 TDP 基本没有啥参考价值，在 12 代酷睿上 Intel 也给处理器的 PL1 和 PL2 功耗了，不提 TDP 这事，当然你硬是想让 TDP 变得有意义也不是不行，把功耗限制全都打开全按照 Intel 规范来走就行，这样处理器功耗会降低不少，也凉快许多，只不过性能会有一定程度下降。AMD 这边板厂默认没有解除功耗限制，但锐龙处理器实际最大功耗也是高于 TDP 的。

最后提一嘴的是，别把软件报出来的 CPU Package 功耗当成 CPU 从电源那里拿了多少电，因为 CPU 和电源中间还隔了一层主板 VRM 供电线路，这样就有转换消耗，这消耗会根据主板供电设计的不同有很大差别，CPU Package 能当成电源选购参考这没错，但请不要直接画等号，可能要算多 10% 到 30% 左右的损耗。