Verloren im Labyrinth der IT-Begriffe? Hier finden Sie Definitionen und Basiswissen zu Rechenzentrums-IT und -Infrastruktur.

Der Chip als Wärmegenerator Was ist Thermal Design Power (TDP)?

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Wenn Rechner laufen, entsteht Wärme. Die Thermal Design Power (TDP) ist ein Maß für Abwärme und Strombedarf der rechnenden Einheiten.

Firmen zum Thema

TDP (Thermal Design Power) bezeichnet die maximale Verlustleistung von Prozessoren.
TDP (Thermal Design Power) bezeichnet die maximale Verlustleistung von Prozessoren.
(Bild: © djama - stock.adob.com)

Beim Entwurf digitaler Systeme empfiehlt es sich, Abwärme und Strombedarf der verbauten Komponenten zu berücksichtigen. Denn erstens muss die Stromversorgung respektive das Netzteil eines Rechners die nötige Elektrizität auch herbeischaffen können. Und zweitens muss das für den Rechner zuständige Kühlaggregat die beim Rechnen entstehende Abwärme abkühlen.

Wie viel Wärme zu kühlen und Strom herbeizuschaffen ist, gibt die TDP (Thermal Design Power) an, Dieser Parameter im Steckbrief elektronischer Komponenten wie etwa CPUs oder GPUs benennt die Verlustleistung in Watt, die unter voller Last erzeugt wird. Diese wiederum ist ein Maß für die erzeugte Abwärme und den Strombedarf.

Ermittlung des TDP

Die Ermittlung der TDP erfolgt, indem entsprechende Komponenten unter die Last typischer Workloads gesetzt werden. Dann misst man Abwärme beziehungsweise Strombedarf. Das tut in der Regel der Hersteller. Standardisierte Messverfahren gibt es nicht.

Solche zu definieren, wäre wegen der starken Individualisierung vieler Designs auch schwer realisierbar. Beispielsweise werden CPUs, die an sich relativ stark standardisiert sind, heute häufig um hersteller- oder produktspezifische Erweiterungskomponenten ergänzt, die ihren Teil zur Gesamt-TDP beitragen und berücksichtigt werden müssen.

Als Beispiel hier die TDP-Werte für die „Intel Core i7“-Prozessorserie: Sie liegen zwischen 45 und 150 Watt, wobei sich die meisten Prozessoren eher in Bereichen ab 80 Watt tummeln. In den der Vorgängergenerationen gab es mehr Prozessoren mit geringerer TDP, auch diese Chipfamilie ragte aber schon in den Bereich über 100 Watt hinein.

Komplexe Berechnungen auf Systemebene

Haben Geräte mehrere elektronische Elemente, die Abwärme erzeugen, müssen die TDPs all dieser Komponenten bei der Konzeption des Geräts berücksichtigt werden. In der Praxis gilt das auch für externe Faktoren, etwa die Lufttemperatur im Rechenzentrum, die Rechendichte, das für das gesamte Rechenzentrum verwendete Kühlverfahren, die Auslastung der Systeme und so weiter.

Kühler für die „Ryzen“-Prozessoren von AMD.
Kühler für die „Ryzen“-Prozessoren von AMD.
(Bild: AMD)

Aggregate mit besonders hoher TDP brauchen unter Umständen eine direkt auf oder an dem jeweiligen Chip befindliche Kühllösung. Das können etwa Flüssigkühler sein oder ein besonders leitfähiges anderes Material, das die Wärme ableitet. Eine andere Möglichkeit: Es wird Kaltluft direkt über den betreffenden Chip geblasen.

EInflussfaktoren auf die Chip-TDP

Auch mehrere interne Faktoren beeinflussen die TDP, unter anderem der Prozessortakt. Je höher der Takt eines Prozessors, desto höher die TDP. Auch dies ist ein Grund, um sich von immer höheren Prozessortaktraten zugunsten von Multicore-Designs zu verabschieden. Allerdings spielt der steigende Stromverbrauch bei höheren Taktraten eine genauso wichtige Rolle hinsichtlich dieses Trends.

Gleichzeitig werden Booster-Verfahren angewandt: Bei Multicore-Prozessoren können einzelne Kerne ganz heruntergefahren werden, während andere, die besonders leistungshungrige Applikationen bearbeiten, schnellere Taktraten einsetzen.

Die TDP einzelner Prozessorkerne im System ist schwer definierbar

Das macht Aussagen zur TDP einzelner CPUs oder Kerne schwer interpretierbar; denn die TDP kann sich im Systemkontext bei laufendem Betrieb ständig verändern. Deshalb liefern Hersteller heute häufig , weniger konkrete TDP-Angaben. Statt dessen werden CPUs oder Kerne in abgestufte TDP-Klassen eingestuft, die sich an Durchschnittswerten orientieren. Diese Klassen dienen als Anhaltspunkte für das Systemdesign.

Insgesamt ist der Wert der TDP als Designparameter für die Stromversorgung inzwischen umstritten. Denn wegen der vielen möglichen Einflussfaktoren ist diese Angabe oft zu ungenau. So kommt es oft auch darauf an, welche Anwendung auf einem System gefahren wird. Der Wert wird daher in vielen Datenblättern nicht mehr angegeben.

(ID:47320894)