Intel İşlemcilerin Güç Tüketimi Neden Çok Yüksek?

Bu yazımızda bilgisayar dünyasında oldukça fazla konuşulan mevzulardan birisi olan Intel işlemcilerin fazla güç tüketiminin sebeplerine beraber değiniyoruz.

Yüksek güç tüketimi problemi 9. Nesil Intel işlemcilerden bu yana 10. ve 11. nesilde de devam eden, bilgisayar dünyasında oldukça konuşulan bir mevzu. Intel’in en yeni işlemcileri halen ortalama 100W TDP’i geçkin güç çekmekteler, hatta bazı işlemcilerin de  180W gibi inanılmaz değerleri bile aştığını sıkça görmekteyiz. Bu yazımızda bunun neden böyle olduğuna, Intel işlemcilerin halen neden bu kadar yüksek güç tüketimine ihtiyacı olduğuna nedenleriyle beraber değineceğiz.

TDP (Thermal Design Power/Termal Dizayn Gücü) Nedir?

Intel işlemcilerin yüksek güç çekmesinin nedenlerini anlatmaya başlamadan hemen öncesinde sıkça duyduğumuz TDP’in ne olduğuna değinmemiz konuyu muhakkak ki daha anlaşılır kılacak.

Intel, her işlemci için belirli bir güçte belirli bir frekans hızını ısınmayı da göze alarak garanti ediyor. Bu sadece Intel’in değil, yarı iletken üretimiyle ilgilenen bütün firmaların yaptığı bir uygulama. Bir fabrikadan çıkan tüm işlemcilerin uygun olduğuna karar verebilmek için, mutlaka model bazlı bir standart belirlenmesi gerekiyor.

Bildiğiniz gibi işlemciler silikon yapıları ve elektriksel anahtarlama mantığını fazlasıyla kullandıklarından, pek bi’ ısınmakta. İşlemcilerin üzerinde toplanan ısı dağıtılmazsa, işlemci sağlıklı bir şekilde çalışamayacağından mutlaka soğutulması gerekiyor. Çoğu bilgisayar tutkunu, dağıtılması gereken ısı oranı ila işlemci tarafından çekilen gücün neredeyse aynı olduğunu fark ettiğinden beri TDP değerini doğal olarak maksimum güç çekimiyle aynı olduğunu düşünüyor. Fakat normalde TDP oranı belirli bir gücü ifade etmekte.

TDP’yi en basit haliyle ifade edecek olursak, bir soğutucunun ısıyı dağıtma yeteneğiyle alakalı bir değer diyebiliriz. Yani üretici firma tarafından garantilenen performansı elde edebilmeniz için gereken işlemci soğutucusu kapasitesini ifade eder. Şöyle ki, eğer 95W TDP değerine sahip bir işlemciye 85W TDP destekli bir soğutucu takarsanız, işlemci üzerindeki ısı yeterince uzaklaştırılamayacağından vadedilen performansı elde edemezsiniz.

Soket ve anakart yardımıyla biraz daha ısının emildiğini düşünecek olursak, teknik olarak gerçek ısı değerinin TDP değerinden daha düşük olabileceğini söyleyebiliriz. Ancak çoğu yerde TDP ve güç tüketimi beraber anılıyor; TDP = Bir merkezi işlemcinin yük altında ne kadar güç çektiği.

Aslında TDP firmware üzerinden ayarlanabilen ve üstünde oynama yapılabilen bir değer. Bir işlemci maksimum gücü ifade eden sınır değer olarak TDP’yi kullanırsa, çeşitli güç değerlerinde işlemcilerin ulaştığı performans değerlerini karşılaştıracak olursak aşağıdaki gibi bir tabloyla karşılaşırız.

Son 3-4 senedir Intel’in TDP tanımını işte bu görsel özetliyor. Herhangi bir işlemci söz konusu olduğunda, Intel belirli bir güç için taban frekansını ve belirli bir TDP değerini garanti ediyor. Örneğin, 3.2 GHz temel frekansa ve 4.7 GHz turbo frekansa ulaşabilen 65W i7-8700 gibi bir işlemci yalnızca 3.2 GHz hızında çalışırken 65W ve bunun altındaki değerlerin garanti edildiği anlamına geliyor. Intel tarafından 3.2 GHz üzerindeki herhangi bir performans düzeyi garanti edilmez.

Intel bu temel değerlerin yanında ek olarak Turbo’yu da hesaba katıyor. Bildiğiniz gibi Core i7-8700 gibi bir işlemci, 3.2 GHz hızda çalışmak yerine daha fazla güç çekerek 4.7 GHz gibi bir turbo frekansına ulaşabilir. Fakat i7-8700 gibi bir işlemci için Intel tarafından garanti edilen ve bütün çekirdeklerde geçerli olan turbo frekansı 4.3 GHz’dir. İşin oldukça ilginç olan ve kafa karışıklığına neden olan yanı ise turbo modlarından hiçbirinin temel frekansa düşmemesi.

Yani bu işlemcinizin her daim TDP değerinin üstünde çalışabileceğini, satın aldığınız, hatta işlemcinin kendisiyle bile gelen 65W soğutucunun yetersiz kalıp darboğaza neden olabileceği anlamına geliyor. Bu durumda işlemciden daha yüksek performans alıp tam anlamıyla faydalanmak için fabrika çıkışlı veya saf TDP değerinin aynısını karşılayan soğutucuları kaldırıp bir kenara atmalısınız.

Evet, bu gerçeği üreticilerin birçoğu size söylemiyor. Söylemeyecekler de. Turbodaki işlemciniz için soğutucu yetersiz kaldığında, işlemciniz sıcaklık sınırına ulaşacağından, gücünü sınırlayarak gerçek performans yerine size sadece belirli bir hız sunacak. Yani işlemcileriniz gerçek performansını tam anlamıyla sergileyemiyor zira soğutucu bunu karşılayabilecek seviyede değil.

Öyleyse TDP Anlamsız Bir Değerden Mi İbaret?

Son 10 sene içerisinde “TDP değeri” teriminin kullanış şekli çok değişmezken, işlemcilerin güç kullanma şekli bir hayli değişti. 4.0 GHz’in üzerine çıkabilen altı ve sekiz çekirdekli hatta kimi zaman on çekirdekli son kullanıcı hedefli işlemciler piyasaya sürüldüğünden beri, yoğun iş yüküyle başa çıkmaya çalışan işlemcilerimizin söylenen TDP değerlerini fazlasıyla geçtiğini görüyoruz.

Geçmiş senelerde dört çekirdekli işlemcilerin birçoğunun 95W gibi bir TDP değerine sahip olduğunu fakat turbo açıkken bile tam yükte sadece 50W civarında güç çektiğini biliyoruz. Çekirdekler eklendikçe TDP değeri değişmeden bir şeyler verilmesi gerekiyor.

Gizli Numaralar Kutuda Yazmaz

Intel her işlemci için yeteneklerine ve işlem kapasitesine uygun birkaç güç seviyesi tanımlar. Bu kulağa oldukça güzel gelen bir şey fakat bu güç ve yetenek tanımlamaları, OEM bilgisayar üreticilerinin işlemcilerin nasıl performans göstermesi gerektiğine göre ayarlayabilmesi demek. Bu da, işin en sonunda bir işlemci sisteme takılıyken güç tüketiminin tam anlamıyla ne olacağı konusunda koca bir belirsizliğe neden oluyor.

Bu mevzuyu basitleştirmek için üç ana sayıya dikkat etmelisiniz. Intel bu sayıları PL1 (power level 1), PL2 (power level 2) ve T (veya Tau olarak da bilinir) şeklinde isimlendiriyor.

PL1 değeri, bir işlemciden beklenen uzun vadeli sabit güç tüketim değerine deniliyor. Tüm çalışma şekillerine göre PL1 genellikle işlemcinin TDP değeri olarak tanımlanıyor. Yani eğer TDP değeri 90W ise PL1 değeri de 90W oluyor.

PL2 ise bir işlemcinin kısa vadede çektiği maksimum gücü ifade eder. Bu sayı her halükarda PL1’den çok daha yüksektir ve yüksek performans gerektiren iş yükleri ile karşılaşıldığında işlemci bu moda geçerek turbonun sadece PL2 değerine kadar güç çekmesini sağlar. Turbo asla PL1 modunda çalışmaz.

Tau ise bir zamanlama değişkeni diyebiliriz. Tau, bir işlemcinin PL1 moduna geçmeden önce PL2 modunda ne kadar kalacağını belirler. Tau’nun güç tüketimine ve işlemci sıcaklığına bağlı bir değer olduğunu unutmayın. Eğer işlemci termal sınırına ulaşırsa farklı bir düşük voltaja otomatikman ayarlanma gerçekleşmesi beklenir.

Intel’in resmi olarak yaptığı işlemci güç tanımlamaları aşağıdaki gibidir.

Bundan yola çıkarak şunu söyleyebiliriz.

İşlemci ilk olarak PL2 modunda çalışmaya başlar. Eğer tek iş parçacığı kullanılıyorsa, bu listedeki en yüksek turbo değerine ulaşılması gerekir. Normal zamanlarda ise tek bir çekirdeğin güç tüketimi tüm işlemci paketinin PL2 değerine yakın olamaz. Çekirdekler yükle başa çıkmaya çalıştıkça işlemcimiz Intel tarafından belirlenen çekirdek başı turbo değerine uygun şekilde turbo frekansını düşürerek tepki vermeye çalışır. İşlemci paketinin güç tüketimi PL2 değerine ulaştığında ise frekans tekrar ayarlanır. Böylece PL2 değeri asla aşılmaz.

Eğer sisteme çok uzun bir süre önemli ölçüde yüklenilirse, “Tau” sayesinde firmware gücü limitlemek için PL1’e geçiş yapar. Artık turbo değerler kullanılmaz zira turbo yalnızca PL2’de çalışır. İş yükü PL1’in de üstünde güç tüketimine neden olacaksa, frekans ve voltaj değerleri işlemcinin toplam güç tüketim değeri PL1 ile aynı olacak şekilde ayarlanır. Böylece iş yükü boyunca güç tüketimi PL2’den PL1’e çekilir. Aynı zamanda böylece işlemcinin sıcaklıkları düşürülmüş olup, daha uzun ömürlü olması sağlanır.

PL1 değeri iş yükü işlemciden kalkana kadar ve bir CPU çekirdeğinin boşta kalma durumuna (genellikle 5 saniyenin altında) ulaşmasına kadar aynı kalır. Eğer başka bir iş yükü daha uygulanacaksa sistem mecburen PL2 moduna tekrar geçiş yapabilir.

Burada Intel’in web sayfasında listelediği değerlerden yola çıkabiliriz. Örneğin i7-8700K bir işlemciyi ele alalım. Bu işlemci için aşağıdaki değerleri biliyoruz.

• PL1 = TDP = 95 W
• PL2 = TDP * 1,25 = 118,75 W
• Tau = 8 saniye

Bu değerlerden yola çıkarak sistemin 95W değerine tekrar geçiş yapmadan önce 8 saniye boyunca yaklaşık 119W güç tükettiğini söyleyebiliriz. Intel bu tekniği birçok yeni nesil işlemcisinde uyguladı. Bu yüzden tam yükte bile tüm işlemci için olan güç tüketimi çoğu zaman PL1’in de çok altında olduğundan önemsenmiyordu.

İşte işin aşırı derecede saçmalamaya başladığı yer de tam olarak burası. Anakart üreticileri de güç ayarlaması işine dahil oldular. Çünkü PL1, PL2 ve Tau değerleri firmware üzerinde ayarlanabilir değerler. Örneğin yukarıdaki grafikte gördüğünüz gibi PL2’i sınırsız bir değere, PL1’i ise 165W veya 95W’a ayarlayabilirsiniz.

Rastgele Sayılar Karmaşası

Dürüst olmak gerekirse; PL1, PL2 ve Tau değerleri dizüstü bilgisayarlar gibi termal anlamda oldukça sınırlı bir vaziyetin olduğu mobil cihazlarda dikkatle kontrol edilip hesaplanır. Bir dizi üst düzey laptop üreticisinin PL2 değerini TDP olarak ayarladığı da zamanında birçok teknoloji yayını tarafından konuşuldu. Bu sayede işlemcilerin çekirdek yükleri TDP’yi aşmadığı sürece daha fazla turboda çalışma imkanı doğuyor.

Bununla beraber bütün işlemci incelemelerinde altı çekirdekli işlemcilerin piyasaya sürülmesinden bu yana genel itibarıyla PL1 ve PL2 değerlerinden çok daha yüksek güç tüketimine şahit oluyoruz. Ve bu değerler genellikle işlemci çok yüksek sıcaklıklara ulaşana kadar böyle olmaya devam ediyor. Peki neden bu böyle?

Halihazırdaki bütün günümüz anakartlarında yer alan modern BIOS’ların birçoğunda anakart üreticilerinin kendilerine göre sunmuş olduğu belirli güç limitleri bulunuyor. Örneğin uzun vadeli güç limitleri ve kısa vadeli güç limitleri buna örnektir diyebiliriz. Bunlar çoğunlukla ayarlanabilirdir. Birçok kullanıcı BIOS’da gezinirken bunların ne olduğu hakkında tam anlamıyla bir bilgiye sahip olmadığından “önerilen otomatik” ayarları seçip devam ediyor.

Otomatik ayarlar aslında tam anlamıyla otomatik değildir. Anakart üreticileri tarafından ilgili işlemci modeline uygun şekilde testleri yapılmış ve daha sonra hafızaya yazılmış bir takım değerler “otomatik” ayarlarda kullanılıyor. Bu sayede PL2 değeri ile Tau değeri anakart üreticisine bağlı olarak herhangi bir sonsuz değerde ayarlanabiliyor. Bu işlemcinin termal sınırlara ulaşmadığı sürece tüm gün ve haftalar boyunca turbo modunda çalışacağı anlamına geliyor.

Peki ya anakart üreticileri bunu neden yapıyor? Her üreticinin buna vereceği uygun bir cevabı ya da bahanesi mutlaka vardır.

İlk olarak kullanıcıların her daim turboyu kullanmak istediklerini, her gün ve her zaman tüm işlemci çekirdekleri için turbodan faydalanmak isteyebileceklerini düşündükleri için olabilir. Bu kıyaslama genellikle işlemcilerin test puanlarının tavan yaptığı görüldüğünde veya kullanıcıların kendi arasında sayı karşılaştırması yaparken yüksek sayıların daha iyi gözükmesinden dolayı da olabilir.

İkinci sebep ise ürünün buna uygun bir şekilde tasarlanmış olması diyebiliriz. Intel genel itibarıyla her yeni işlemcisini piyasaya sürdüğünde, belirli bir yaşam döngüsünde uygun bir şekilde çalışması beklenen anakartlara varsayılan bazı özellikler yerleştirtir. Üreticiler böylece fazla abartmadan güç verimliliğini düzenlemek adına bazı düzenlemeler yapabilirler. Örneğin bir anakartta işlemci her zaman tüm çekirdekleriyle turbo çalışabilecekse neden bunu yapmasınlar?

Üçüncüsü ise en azından birçok bilgisayar meraklısını hedefleyen pahalı modeller için geçerli. Üst düzey anakart ve işlemci alacak olan bilgisayar tutkunlarının zaten bunlarla beraber üst düzey bir soğutma kullanacağını biliyorlar. Bu nedenle örneğin işlemci 160W’ın üstüne çıkıyorsa fakat kullanıcı da yeterince soğutmayı sağlayabilecekse, yüksek bir tüm çekirdekli turbo deneyimi neden yaşatılmasın? Intel’in kendi belirlediği standartlar, Intel’in önermiş olduğu soğutucular altında uzun uzun tanımlanmıştır.

Peki Ya Doğrusu Ne? Kime Güvenilebilir?

Intel ürettiği her işlemci için belirli bir standart belirler. PL1, PL2, Tau ve anakart devresi ile ürün yazılımı ayarlarının tamamı Intel tarafından önerilen varsayılan değerleri kullanır. Bunlardan birkaçı Intel’in yayınladığı gibi halka açık, bazıları ise itinayla gizli tutulur. Bunlar yine de önerilen değerlerdir. Her şeye rağmen günün sonunda anakart üreticileri istediklerini yapar.

Bu da teknoloji yayıncılarının donanımı test etmesini bir hayli zor hale getiriyor. Hemen hemen her işlemci incelemesindeki stok testlerin kutudan çıkar çıkmaz elde edilen değer veya “Intel tarafından önerilen” değerlerde çalıştırıldığını unutmamak gerekiyor.

Yabancı teknoloji yayınlarından AnandTech bu durumla alakalı birkaç test yaptı. Yüksek güçlü bir işlemciyi aşağıdaki değerleri kullanarak 25-30 saniye boyunca tam yükte test etti.

Son zamanlarda bazı anakart üreticilerinin PL1/PL2/Tau değerleriyle alakalı stratejisinin değiştiği ve Tau’yu 30 saniye gibi bir değere ayarladıkları söyleniyor. Kullanıcılar bu anakartları kullanırken kıyaslama yaptığında gördüğü değerler alıştıklarından daha düşük gözükebilir. Her ne kadar gerçek ve Intel tarafından açıklanan değerlere uygun olan bu olsa da.

Asıl sorun şu ki, “otomatik” ayarlarda çalıştığını söyleyen birçok anakart, çoğu zaman arka planda hangi değerlerin ayarlı olduğunu söylemez. Bu da güç ve ısı değerlerini raporlamayı oldukça zorlaştırıyor.

Sonuç

Yazıda da uzun uzun belirttiğimiz gibi aslında Intel işlemcilerin yüksek TDP değerine sahip olmasının ve çoğu zaman bu değerlerin de üzerinde çalışmasının tek nedeni tamamen değerleri uygun olmayacak şekilde manipüle eden anakart üreticileri.

Bunda Intel’in payı hiç mi yok? Elbette var. İşlemci üreticileri işlemcilerini yalnızca uygun değerde kullanılabilecek şekilde ayarlamadıkları sürece hem kullanıcılar mağdur olmaya devam edecek, hem de uygun olmayan değerlerde donanımları çalıştırtan anakart üreticilerinin ekmeğine yağ sürülmüş olacak.

Intel bunun önüne geçmek adına PL2 için bir tepe değer ve PL1 için süreklilik arz eden birtakım değerler belirlemeli diye düşünüyoruz. Böylece işlemcinin termal sınırını sonuna kadar zorlayacak güç verilemeyeceğinden, ısınma ve güç tüketimi kaynaklı birçok sorun kendiliğinden çözülmüş olacaktır.

Kaynak: AnandTech