Intel İşlemcilerin Güç Tüketimi Neden Çok Yüksek?

Yüksek güç tüketimi sorunu 9. Kuşak Intel işlemcilerden bu yana 10. ve 11. kuşakta de devam eden, bilgisayar dünyasında epey konuşulan bir konu. Intel’in en yeni işlemcileri hala ortalama 100W TDP’i geçkin güç çekmekteler, hatta kimi işlemcilerin de  180W üzere inanılmaz pahaları bile aştığını sıkça görmekteyiz. Bu yazımızda bunun neden bu türlü olduğuna, Intel işlemcilerin hala neden bu kadar yüksek güç tüketimine gereksinimi olduğuna nedenleriyle bir arada değineceğiz.

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

Intel işlemcilerin yüksek güç çekmesinin nedenlerini anlatmaya başlamadan çabucak öncesinde sıkça duyduğumuz TDP’in ne olduğuna değinmemiz mevzuyu kesinlikle ki daha anlaşılır kılacak.

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

Bildiğiniz üzere işlemciler silikon yapıları ve elektriksel anahtarlama mantığını ziyadesiyle kullandıklarından, pek bi’ ısınmakta. İşlemcilerin üzerinde toplanan ısı dağıtılmazsa, işlemci sağlıklı bir formda çalışamayacağından kesinlikle soğutulması gerekiyor. Birçok bilgisayar tutkunu, dağıtılması gereken ısı oranı ila işlemci tarafından çekilen gücün neredeyse birebir olduğunu fark ettiğinden beri TDP kıymetini doğal olarak azamî güç çekimiyle tıpkı olduğunu düşünüyor. Lakin olağanda TDP oranı muhakkak bir gücü söz etmekte.

TDP’yi en kolay haliyle tabir edecek olursak, bir soğutucunun ısıyı dağıtma yeteneğiyle alakalı bir kıymet diyebiliriz. Yani üretici firma tarafından garantilenen performansı elde edebilmeniz için gereken işlemci soğutucusu kapasitesini söz eder. Şöyle ki, şayet 95W TDP pahasına sahip bir işlemciye 85W TDP dayanaklı bir soğutucu takarsanız, işlemci üzerindeki ısı gereğince uzaklaştırılamayacağından vadedilen performansı elde edemezsiniz.

Soket ve anakart yardımıyla biraz daha ısının emildiğini düşünecek olursak, teknik olarak gerçek ısı kıymetinin TDP bedelinden daha düşük olabileceğini söyleyebiliriz. Fakat birden fazla yerde TDP ve güç tüketimi bir arada anılıyor; TDP = Bir merkezi işlemcinin yük altında ne kadar güç çektiği.

Aslında TDP firmware üzerinden ayarlanabilen ve üstünde oynama yapılabilen bir paha. Bir işlemci azamî gücü söz eden hudut paha olarak TDP’yi kullanırsa, çeşitli güç bedellerinde işlemcilerin ulaştığı performans bedellerini karşılaştıracak olursak aşağıdaki üzere bir tabloyla karşılaşırız.
Sabit güç pahaları – Görsel Kaynağı: AnandTech
Son 3-4 yıldır Intel’in TDP tarifini işte bu görsel özetliyor. Rastgele bir işlemci kelam konusu olduğunda, Intel belli bir güç için taban frekansını ve belli bir TDP kıymetini garanti ediyor. Örneğin, 3.2 GHz temel frekansa ve 4.7 GHz turbo frekansa ulaşabilen 65W i7-8700 üzere bir işlemci sırf 3.2 GHz suratında çalışırken 65W ve bunun altındaki kıymetlerin garanti edildiği manasına geliyor. Intel tarafından 3.2 GHz üzerindeki rastgele bir performans seviyesi garanti edilmez.

Intel bu temel pahaların yanında ek olarak Turbo’yu da hesaba katıyor. Bildiğiniz üzere Core i7-8700 üzere bir işlemci, 3.2 GHz süratte çalışmak yerine daha fazla güç çekerek 4.7 GHz üzere bir turbo frekansına ulaşabilir. Lakin i7-8700 üzere bir işlemci için Intel tarafından garanti edilen ve bütün çekirdeklerde geçerli olan turbo frekansı 4.3 GHz’dir. İşin epey enteresan olan ve baş karışıklığına neden olan yanı ise turbo modlarından hiçbirinin temel frekansa düşmemesi.

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

Evet, bu gerçeği üreticilerin birçoğu size söylemiyor. Söylemeyecekler de. Turbodaki işlemciniz için soğutucu yetersiz kaldığında, işlemciniz sıcaklık sonuna ulaşacağından, gücünü sınırlayarak gerçek performans yerine size yalnızca belli bir sürat sunacak. Yani işlemcileriniz gerçek performansını tam manasıyla sergileyemiyor çünkü soğutucu bunu karşılayabilecek düzeyde değil.

Öyleyse TDP Anlamsız Bir Pahadan Mi İbaret?

Son 10 sene içerisinde “TDP kıymeti” teriminin kullanış biçimi çok değişmezken, işlemcilerin güç kullanma hali bir oldukça değişti. 4.0 GHz’in üzerine çıkabilen altı ve sekiz çekirdekli hatta kimi vakit on çekirdekli son kullanıcı amaçlı işlemciler piyasaya sürüldüğünden beri, ağır iş yüküyle başa çıkmaya çalışan işlemcilerimizin söylenen TDP pahalarını ziyadesiyle geçtiğini görüyoruz.

Geçmiş yıllarda dört çekirdekli işlemcilerin birçoğunun 95W üzere bir TDP bedeline sahip olduğunu lakin turbo açıkken bile tam yükte yalnızca 50W civarında güç çektiğini biliyoruz. Çekirdekler eklendikçe TDP pahası değişmeden bir şeyler verilmesi gerekiyor.

Kapalı Numaralar Kutuda Yazmaz

Intel her işlemci için yeteneklerine ve süreç kapasitesine uygun birkaç güç düzeyi tanımlar. Bu kulağa hayli hoş gelen bir şey lakin bu güç ve yetenek tanımlamaları, OEM bilgisayar üreticilerinin işlemcilerin nasıl performans göstermesi gerektiğine nazaran ayarlayabilmesi demek. Bu da, işin en sonunda bir işlemci sisteme takılıyken güç tüketiminin tam manasıyla ne olacağı konusunda koca bir belirsizliğe neden oluyor.

Bu konuyu kolaylaştırmak için üç ana sayıya dikkat etmelisiniz. Intel bu sayıları PL1 (power level 1), PL2 (power level 2) ve T (veya Tau olarak da bilinir) biçiminde isimlendiriyor.
PL2’nin PL1’e geçiş esnasındaki Tau tesiri. – Görsel Kaynağı: AnandTech
PL1 pahası, bir işlemciden beklenen uzun vadeli sabit güç tüketim bedeline deniliyor. Tüm çalışma formlarına nazaran PL1 çoklukla işlemcinin TDP bedeli olarak tanımlanıyor. Yani şayet TDP bedeli 90W ise PL1 bedeli de 90W oluyor.

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

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

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

Intel’in PL modlarını açıkladığı bir görsel. – Görsel Kaynağı: AnandTech
Bundan yola çıkarak şunu söyleyebiliriz.

İşlemci birinci olarak PL2 modunda çalışmaya başlar. Şayet tek iş parçacığı kullanılıyorsa, bu listedeki en yüksek turbo bedeline ulaşılması gerekir. Olağan vakitlerde ise tek bir çekirdeğin güç tüketimi tüm işlemci paketinin PL2 kıymetine yakın olamaz. Çekirdekler yükle başa çıkmaya çalıştıkça işlemcimiz Intel tarafından belirlenen çekirdek başı turbo kıymetine uygun formda turbo frekansını düşürerek reaksiyon vermeye çalışır. İşlemci paketinin güç tüketimi PL2 pahasına ulaştığında ise frekans tekrar ayarlanır. Böylelikle PL2 pahası asla aşılmaz.

Şayet sisteme çok uzun bir mühlet değerli ölçüde yüklenilirse, “Tau” sayesinde firmware gücü limitlemek için PL1’e geçiş yapar. Artık turbo pahalar kullanılmaz çünkü turbo sırf PL2’de çalışır. İş yükü PL1’in de üstünde güç tüketimine neden olacaksa, frekans ve voltaj kıymetleri işlemcinin toplam güç tüketim kıymeti PL1 ile tıpkı olacak halde ayarlanır. Böylelikle iş yükü boyunca güç tüketimi PL2’den PL1’e çekilir. Tıpkı vakitte böylelikle işlemcinin sıcaklıkları düşürülmüş olup, daha uzun ömürlü olması sağlanır.

PL1 pahası iş yükü işlemciden kalkana kadar ve bir CPU çekirdeğinin boşta kalma durumuna (genellikle 5 saniyenin altında) ulaşmasına kadar tıpkı kalır. Şayet öteki bir iş yükü daha uygulanacaksa sistem mecburen PL2 moduna tekrar geçiş yapabilir.

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

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

Bu bedellerden yola çıkarak sistemin 95W pahasına tekrar geçiş yapmadan evvel 8 saniye boyunca yaklaşık 119W güç tükettiğini söyleyebiliriz. Intel bu tekniği birçok yeni kuşak işlemcisinde uyguladı. Bu yüzden tam yükte bile tüm işlemci için olan güç tüketimi birden fazla vakit PL1’in de çok altında olduğundan önemsenmiyordu.

Görsel Kaynağı: AnandTech
İşte işin çok derecede saçmalamaya başladığı yer de tam olarak burası. Anakart üreticileri de güç ayarlaması işine dahil oldular. Zira PL1, PL2 ve Tau pahaları firmware üzerinde ayarlanabilir pahalar. Örneğin üstteki grafikte gördüğünüz üzere PL2’i sınırsız bir pahaya, PL1’i ise 165W yahut 95W’a ayarlayabilirsiniz.

Rastgele Sayılar Karmaşası

Dürüst olmak gerekirse; PL1, PL2 ve Tau pahaları dizüstü bilgisayarlar üzere termal manada epey hudutlu bir vaziyetin olduğu taşınabilir aygıtlarda dikkatle denetim edilip hesaplanır. Bir dizi üst seviye laptop üreticisinin PL2 bedelini TDP olarak ayarladığı da vaktinde birçok teknoloji yayını tarafından konuşuldu. Bu sayede işlemcilerin çekirdek yükleri TDP’yi aşmadığı sürece daha fazla turboda çalışma imkanı doğuyor.

Bununla birlikte bütün işlemci incelemelerinde altı çekirdekli işlemcilerin piyasaya sürülmesinden bu yana genel prestijiyle PL1 ve PL2 kıymetlerinden çok daha yüksek güç tüketimine şahit oluyoruz. Ve bu kıymetler çoklukla işlemci çok yüksek sıcaklıklara ulaşana kadar bu türlü olmaya devam ediyor. Pekala neden bu bu türlü?

Halihazırdaki bütün günümüz anakartlarında yer alan çağdaş BIOS’ların birçoğunda anakart üreticilerinin kendilerine nazaran sunmuş olduğu belli 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 manasıyla bir bilgiye sahip olmadığından “önerilen otomatik” ayarları seçip devam ediyor.

Otomatik ayarlar aslında tam manasıyla otomatik değildir. Anakart üreticileri tarafından ilgili işlemci modeline uygun halde testleri yapılmış ve daha sonra hafızaya yazılmış bir grup kıymetler “otomatik” ayarlarda kullanılıyor. Bu sayede PL2 kıymeti ile Tau bedeli anakart üreticisine bağlı olarak rastgele bir sonsuz bedelde ayarlanabiliyor. Bu işlemcinin termal sonlara ulaşmadığı sürece tüm gün ve haftalar boyunca turbo modunda çalışacağı manasına geliyor.
Görsel Kaynağı: AnandTech
Pekala ya anakart üreticileri bunu neden yapıyor? Her üreticinin buna vereceği uygun bir karşılığı ya da mazereti kesinlikle vardır.

Birinci olarak kullanıcıların her daim turboyu kullanmak istediklerini, her gün ve her vakit tüm işlemci çekirdekleri için turbodan faydalanmak isteyebileceklerini düşündükleri için olabilir. Bu kıyaslama çoklukla işlemcilerin test puanlarının tavan yaptığı görüldüğünde yahut kullanıcıların kendi ortasında sayı karşılaştırması yaparken yüksek sayıların daha âlâ gözükmesinden ötürü da olabilir.

İkinci sebep ise eserin buna uygun bir biçimde tasarlanmış olması diyebiliriz. Intel genel prestijiyle her yeni işlemcisini piyasaya sürdüğünde, belli bir hayat döngüsünde uygun bir halde çalışması beklenen anakartlara varsayılan kimi özellikler yerleştirtir. Üreticiler böylelikle fazla abartmadan güç verimliliğini düzenlemek ismine kimi düzenlemeler yapabilirler. Örneğin bir anakartta işlemci her vakit tüm çekirdekleriyle turbo çalışabilecekse neden bunu yapmasınlar?

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

Pekala Ya Doğrusu Ne? Kime Güvenilebilir?

Intel ürettiği her işlemci için makul bir standart belirler. PL1, PL2, Tau ve anakart devresi ile eser yazılımı ayarlarının tamamı Intel tarafından önerilen varsayılan kıymetleri kullanır. Bunlardan birkaçı Intel’in yayınladığı üzere halka açık, kimileri ise itinayla kapalı tutulur. Bunlar yeniden de önerilen kıymetlerdir. Her şeye karşın günün sonunda anakart üreticileri istediklerini yapar.

Bu da teknoloji yayıncılarının donanımı test etmesini bir epey güç hale getiriyor. Çabucak çabucak her işlemci incelemesindeki stok testlerin kutudan çıkar çıkmaz elde edilen kıymet yahut “Intel tarafından önerilen” bedellerde çalıştırıldığını unutmamak gerekiyor.

Yabancı teknoloji yayınlarından AnandTech bu durumla alakalı birkaç test yaptı. Yüksek güçlü bir işlemciyi aşağıdaki pahaları kullanarak 25-30 saniye boyunca tam yükte test etti.
Son vakitlerde birtakım anakart üreticilerinin PL1/PL2/Tau bedelleriyle alakalı stratejisinin değiştiği ve Tau’yu 30 saniye üzere bir kıymete ayarladıkları söyleniyor. Kullanıcılar bu anakartları kullanırken kıyaslama yaptığında gördüğü kıymetler alıştıklarından daha düşük gözükebilir. Her ne kadar gerçek ve Intel tarafından açıklanan kıymetlere uygun olan bu olsa da.

Asıl sorun şu ki, “otomatik” ayarlarda çalıştığını söyleyen birçok anakart, birden fazla vakit art planda hangi kıymetlerin ayarlı olduğunu söylemez. Bu da güç ve ısı bedellerini raporlamayı epey zorlaştırıyor.

Sonuç

Yazıda da uzun uzun belirttiğimiz üzere aslında Intel işlemcilerin yüksek TDP kıymetine sahip olmasının ve birçok vakit bu kıymetlerin de üzerinde çalışmasının tek nedeni büsbütün bedelleri uygun olmayacak halde manipüle eden anakart üreticileri.

Bunda Intel’in hissesi hiç mi yok? Elbette var. İşlemci üreticileri işlemcilerini sırf uygun bedelde kullanılabilecek formda ayarlamadıkları sürece hem kullanıcılar mağdur olmaya devam edecek, hem de uygun olmayan bedellerde donanımları çalıştırtan anakart üreticilerinin ekmeğine yağ sürülmüş olacak.

Intel bunun önüne geçmek ismine PL2 için bir zirve paha ve PL1 için süreklilik arz eden birtakım kıymetler belirlemeli diye düşünüyoruz. Böylelikle işlemcinin termal sonunu sonuna kadar zorlayacak güç verilemeyeceğinden, ısınma ve güç tüketimi kaynaklı birçok sorun bizatihi çözülmüş olacaktır.

Kaynak: AnandTech