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CMOS 반도체의 회로의 전력 소모량 P는 아래와 같이 표시된다.
P = C×f×V²- C: 회로의 정전 용량
- f: 동작 주파수
- V: 공급 전압
→ 쉽게 말해 반도체의 전력 소모는 주파수에 비례하고 전압의 제곱에 비례한다.
- C는 CPU마다 정해져 있다. 같은 코어를 가지고 트랜지스터 밀도가 동일하다면 C가 같다는 의미다.
- 요즘나오는 반도체(RAM, CPU등등)는 CMOS 로만 제조하지 않지만, 위 식을 대입할 수 없는 건 아니다. 전력 절감을 위해서는, 동작주파수를 10% 떨어뜨리는 것 보다, 전압을 10% 떨어뜨리는게 더 효율적이라는 의미다.
- 반도체에서 소비된 전력은 모두 열로 변환된다. 발생한 열을 모두 식혀야 CPU가 지속적으로 작동할 수 있다. 'CPU의 모든 회로'가 작동할 때 발생하는 열을 식히기 위해 설계해야하는 쿨러의 쿨링 용량이 CPU의 TDP(Thermal Design Power, 열 설계 전력)다. 그리고 소비 전력이 모두 열로 전환되는 점을 고려하면 TDP가 곧 최대 소비전력과 비슷한 셈이다. 단 'CPU의 모든 회로'가 작동하는 경우는 없으므로 실질적인 최대 소비전력은 TDP보다 작다. (TDP의 80~90% 정도다) 게다가 요즘 CPU는 유휴 시간에 전력을 차단하는 기술을 가지고 있기 때문에, 평균적으로 실제 소비되는 전력은 훨씬 낮다. 125W TDP를 가진 CPU를 사용해도, 1시간 동안 인터넷 서핑 할때 실 소비 전력은 30W정도다.
- CPU를 오버할 때 전압을 높이고 클럭을 높이면 소비전력이 급격히 높아지며, 그만큼 발열도 많아지기 때문에 좋은 쿨러를 사용해햐 한다. 특히 동작 안정화를 위해 전압을 높이면 소비전력이 더 많이 올라간다.
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2024.04.26
최근나오는 CPU 들은 터보 부스트 기능을 가지고 있다. 터보부스트는 순간적으로 f 값을 늘이는 것이기 때문에 발열이 많다. 또한, AVX 나 AVX2 와 같은 명령셋은 CPU 회로의 상당부분을 사용해 발열이 크게 늘어나는 것으로 알려져 있다.
즉 표기된 TDP 에 비해 더 여유있게 쿨링을 해야 한다. 다행이도 요즘 나오는 케이스들은 크고 쿨링에도 신경 많이 쓰기 때문에 괜찮다고 생각한다.
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2024.05.13
최근 나오는 CPU 들은 TDP 를 말 그대로 열 설계전력으로 사용하고 있다. 최대 소비 전력이 아니라는 의미. 즉 TDP 에 해당되는 발열은 모두 해소된다는 전제하에서 CPU를 제조하고 있다. 터보 부스트 기능과 같은 순간적으로 클럭과 전압을 높여 성능을 높이는 기술이 들어갔기 때문이다. 따라서 요즘 나오는 CPU 의 최대 소비 전력은 별도로 표기한다.
예를 들어 최근에 나온 i9-14900K 의 경우 Processor Base Power 가 125 W 이고, Maximum Turbo Power 가 253 W 으로 표기되어있다. 쿨러로 253 W 의 발열을 해소하지 않으면 최대 성능이 나오지 않을 것이다.
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Tcase, Tcore
