با دو روش بیان توان مصرفی تراشه‌های کم‌مصرف آشنا شویم، SDP در مقابل TDP

چند سال پیش وقتی به بازار کامپیوتر سر می‌زدیم، جعبه‌های مقوایی CPUهای مختلف اینتل و ای‌ام‌دی را در ویترین فروشگاه‌ها می‌دیدیم و با کمی دقت توان مصرفی هر یک را متوجه می‌شدیم. اما وقتی برای انتخاب پاور سیستم از فروشنده‌ها و متخصصین سوال می‌کردیم، پاورهایی با توان بسیار بالاتر پیشنهاد می‌شد.

مثلاً یک پردازنده‌ی Core 2 Duo را در نظر بگیرید، به طور دقیق‌تر مدلی مثل Core 2 Dou E7500 را بررسی می‌کنیم. این پردازنده حالا دیگر یک مدل بسیار قدیمی است و در بازار به سختی یافت می‌شود، آن هم به صورت کار کرده و دست دوم. E7500 دارای 2 هسته‌ی فیزیکی با سرعت کلاک 2.93 گیگاهرتز است. توان مصرفی این پردازنده‌ی قدیمی به صورت Max TDP 65 W در صفحه‌ی مشخصات آن ذکر شده و احتمالاً روی بسته‌بندی نیز عبارت TDP 65 W را ببینید. اما آیا این پردازنده همواره 65 وات انرژی اکتریکی مصرف می‌کند؟

پاسخ منفی است. سرعت کلاک این تراشه ثابت است، اما بسته به بار پردازشی مصرف انرژی آن کم و زیاد می‌شود.

عبارت TDP مخفف Thermal Design Power به معنی توان طراحی حرارتی است. در حقیقت اینتل برای طراحی خنک‌کاری مطلوب، بیشترین گرمای تولید شده توسط E7500 را 65 وات در نظر می‌گیرد.

امروزه توان مصرفی پردازنده‌ها به کلی با گذشته متفاوت است. فرقی نمی‌کند که پردازنده‌ی مورد نظر CPU باشد یا GPU، هم پردازنده‌ی اصلی و هم پردازنده‌ی گرافیکی توان مصرفی متغیرتری دارند.

پردازنده‌های ترکیبی یا APU و نیز پردازنده‌هایی که در وسایلی مثل گوشی و تبلت کاربرد دارد و با نام سیستم-روی-یک-چیپ یا SoC شناخته می‌شود هم نسبت به چند سال پیش تغییرات زیادی کرده و کم‌مصرف‌تر شده‌اند.

کاهش مصرف انرژی به کمک لیتوگرافی ظریف‌تر و ترانزیستورهای کوچک‌تر حاصل می‌شود. راه دیگر بهینه‌سازی معماری تراشه است. اما یک راه حل خوب و موثر، سرعت کلاک متغیر است.

پردازنده‌های امروزی اینتل با استفاده از تکنولوژی Turbo Boost، تراشه‌های ای‌ام‌دی با تکنولوژی مشابهی به نام Turbo Core مرتباً در حال تغییر سرعت کلاک هستند. پردازنده‌های گرافیکی ای‌ام‌دی و انویدیا نیز دو فرکانس کاری دارند، سرعت پایه و سرعت کلاک بیشینه، حتی نسخه‌ی موبایل همین تراشه‌ها که برای لپ‌تاپ‌ها و اولترابوک‌ها طراحی و تولید می‌شوند، توان مصرفی باز هم متغیرتری دارند.

سازندگان سیستم-روی-یک-چیپ مثل اپل، کوآلکام، سامسونگ و دیگران هم روش‌های مختلفی برای کاهش توان مصرفی دارند. کوآلکام هسته‌های اختصاصی خود را با سرعت کلاک بسیار متغیر طراحی می‌کند، اپل هم همین روش را دنبال کرده و سامسونگ به کمک آرم، علاوه بر این موارد از معماری big.LITTLE استفاده می‌کند که در آن هسته‌هایی با قدرت پردازشی و توان مصرفی کاملاً متفاوت در کنار هم فعالیت کرده و بسته به سنگینی امر پردازش، در زمان مناسب وارد عمل می‌شوند.

نتیجه‌ی تمام بهینه‌سازی‌های مختلف این است که توان مصرفی تراشه‌های امروزی به کلی متغیر است و نمی‌توان عدد خاصی برای آن عنوان کرد. بنابراین روش جدید اینتل در بیان توان مصرفی ابداع شده است که به بررسی آن می‌پردازیم.

اینتل مدعی است که TDP فقط به طراحی سیستم خنک‌کاری برای تراشه اشاره دارد و در مورد توان مصرفی آن صحبتی نمی‌کند.

ببینیم اینتل چه زمانی اینطور اظهار نظر کرده است. اینتل زمانی که از یک لپ‌تاپ کم‌مصرف با پردازنده‌ی آیوی بریج رونمایی کرد و توان مصرفی بیشینه‌ی آن را 17 وات عنوان نمود، اینطور توضیح داد که توان مصرفی پردازنده‌ی لپ‌تاپ تا 13 وات هم پایین می‌آید. در ادامه اینتل قول رونمایی از تراشه‌های 10 واتی آیوی بریج را به حضار داد ولیکن منظور اینتل TDP تراشه نبود بلکه به مفهوم دیگری اشاره می‌کرد.

در نمایشگاه CES 2013 هم اینتل از تراشه‌های سری Y آیوی بریج با توان مصرفی 7 وات حرف زد در حالی که منظورش TDP نبود. در حقیقت اینتل به SDP اشاره می‌کرد.

SDP مخفف Scenario Design Point به معنی توان مصرفی در طراحی کاربردی تراشه است. به این صورت که تراشه‌ای مثل Core i7-3689Y در حالت کم‌بار با سرعت 800 مگاهرتز کار کرده و تنها 7 وات مصرف می‌کند. اگر سیستم خنک‌کاری شرایط لازم را داشته باشد، سرعت این تراشه تا 2.6 گیگاهرتز نیز بالا می‌رود ولیکن در حالت عادی با مصرف 13 وات انرژی، فرکانس کاری برابر با 1.5 گیگاهرتز دارد.

بنابراین منظور اینتل توان طراحی گرمایی نیست بلکه به توان مصرفی تراشه در حالت فعالیت‌های معمول اشاره می‌کند.

اینتل اینگونه به این سوال پاسخ می‌دهد که در دنیای وسایلی مثل تبلت و اولترابوک، برای خنک‌کاری تراشه نمی‌توان سیستم خنک‌کاری بزرگ و عظیم‌الجثه‌ای طراحی کرد. لذا سازندگان به تراشه‌هایی نیاز دارند که توان الکتریکی کمی مصرف کرده و گرمای زیادی تولید نکنند. برای اینکه شارژ باتری دیرتر تمام شود هم نمی‌توان تراشه‌ای با مصرف بیش از 7 وات را در تبلت قرار داد. لذا به این نتیجه می‌رسیم که در تبلت‌ها به دلیل محدودیت خنک‌کاری و باتری، باید تراشه کمتر از 7 وات انرژی مصرف کند. در این صورت است که ضخامت تبلت در حد کم و وزن آن پایین باقی می‌ماند.

البته قرار نیست سازندگان روی عدد 7 وات مانور داده و تبلت‌هایی با تراشه‌های 7 واتی طراحی و تولید کنند. 7 وات تنها یک مرز مهم در طراحی محسوب می‌شود.

نکته‌ی دیگر این است که اینتل در زمان عرضه‌ی آیوی بریجی‌ها، تراشه‌هایی با مصرف 7 وات عرضه کرده بود که  TDP برابر با 17 وات داشتند. سازندگان نیز از توان مصرفی و توان گرمایی تولید شده توسط این دسته از تراشه‌های کم‌مصرف کاملاً آگاه بودند و شاید به نظر برسد که به یک مفهوم جدید نیازی نیست. اما در حقیقت هدف از بیان مفهوم جدیدی به نام SDP متمایز کردن دقیق‌تر تراشه‌های کم‌مصرف از سایرین و همچنین بیان دقیق‌تر کمترین توان مصرفی آنها بوده است. به علاوه با گسترش دنیای گوشی و تبلت، توان مصرفی بیشینه روز به روز کم‌اهمیت‌تر می‌شود و همه به فکر عرضه‌ی تراشه‌های فوق‌العاده کم‌مصرف افتاده‌اند. به همین علت بیان SDP به جای TDP یا بیشترین توان مصرفی مناسب‌تر خواهد بود.