TDP

Thermal Design Power. 직역하면 "열 설계 전력".

CPU, GPU 등의 발열 관련 표시 단위. 해당 TDP 이상의 발열을 허용하는 쿨러나 장치를 사용한다는 가정하에 설계했다는 의미이다. 다르게 말하면 표시 TDP 이상의 열 방출이 가능한 방열 수단(쿨러)을 확보하시오라는 의미.

기기의 각 파츠들은 작동하면서 옴의 법칙에 따라서 열이 발생한다. 열이 해소되지 않고 일정 이상 축적되면 기기의 오작동이나 심하면 파손에 이른다. 따라서 설계할 때부터 쿨러나 방열판 등 열을 해소시킬 수 있는 수단을 고려한다. 안정적으로 작동시키는 데 요구되는 방열 능력을 수치화한 단위가 TDP(Thermal Design Power)이다.

일반적으로는 TDP가 높다 → 발열이 높을 가능성이 있다 → 소비 전력이 높을 가능성이 있다. 에너지 보존 법칙에 따라 프로세서에서 소비된 전력의 대부분은 최종적으로 열에너지로 전환되므로 전력 소모량에 정비례하여 발열량도 증가한다. 이렇게 되면 기기의 안정적인 작동을 위해 배출시켜야 하는 열의 양(방열량) 역시 증가하므로 TDP가 높을수록 발열량이나 소비 전력도 그만큼 비례해서 상승한다고 볼 수 있다. 그래서 일반적으로 최대로 소비하는 전력량이나 방열량의 단위로 사용된다. 다만 TDP가 높다 = 방열량이 많다 = 발열량이 많다 = 전력 소모가 높다는 공식이 항상 성립되진 않는다. TDP의 기준은 설계 단계에서 설정된 작동 기준에 따르므로 실제로는 더 높을 수도, 낮을 수도 있다. 또한 같은 프로세서라도 개별 제조사의 조율이나 공정 안정화 여부에 따라 작동 패턴이 달라져 발열량이 달리지기도 한다.

예를 들면, 똑같은 인텔 코어 2 쿼드 Q6600의 경우 초기(SL9UM = B3) 스테핑 코드는 TDP 105W이고 후기(SLACR = G0) 스테핑 코드는 TDP 95W라는 차이가 있으며, 똑같은 AMD 페넘 X6 1055T의 경우에도 스테핑 코드마저 똑같은 E0지만 TDP 125W인 초기판(파트 넘버 HDT55TFBK6DGR)이 있고 TDP 95W인 후기판(파트 넘버 HDT55TWFK6DGR)이 존재한다. 당연히 후자가 더 발열이나 전력소모가 적으나, 30W라는 숫자만큼의 차이가 나지 않는다.

TDP라는 수치는 컴퓨터의 실제 소비 전력과도 어느 정도 관련된 수치이다. 그러나 각 회사별, 모델별로 기준이 달라 동일선상에서 비교할 수는 없다. 가령 인텔의 TDP 65W 제품이 AMD의 TDP 95W 제품보다 30W 더 적게 전력을 소비한다는 뜻은 아니다. 실제로는 이보다 차이가 더 커질 수도, 아니면 더 작아질 수도 있다. 마찬가지로 그 전설의 NVIDIA 지포스 GTX 480의 TDP는 250W이고, AMD 라데온 HD 5970의 TDP는 294W지만, 실제 소비 전력을 이대로 받아들이는 사람들은 없다. 고로 TDP = 전력 소모라고 인식하는 것은 타당하지 않으며, 일종의 체급으로 이해하는 게 옳다. 특정 체급에 들어간다고 몸무게나 체격이 100% 동일하지 않듯이, TDP가 같더라도 무조건 전력 소모가 같은 것이라고 오해하지 말자.

인텔은 TDP에 대해, 기본 클럭(베이스 클럭)에서 TDP가 정의된다고 밝히고 있다. 다만, 이 정의는 실제 CPU에서 발생하는 TDP를 대변하지 못한다는 문제가 있다.

인텔 CPU의 실제 TDP는 PL2(Power Limit 2), Tau, PL1(Power Limit 1) 값의 영향을 받는다. PL2는 CPU에 부하가 걸렸을 때, 터보 부스트가 발생하면서 일시적으로 높아진 전력 제한량(단위: W)을 의미하며 Tau는 PL2 상태의 지속시간(단위: 초)을 의미한다. PL1은 PL2 상태가 종료된 이후의 전력 제한량(단위: W)을 의미하며, PL1은 CPU의 스펙상 TDP와 동일하다. 즉, PL2는 순간 혹은 최대 TDP, PL1은 지속 혹은 평균 TDP라고 볼 수 있으며, 인텔 CPU의 스펙상 TDP는 지속 혹은 평균 TDP만을 의미한다. 이 때, CPU의 클럭은 PL2과 PL1 값 그리고 CPU의 TDP와 Tjunction(온도 상한선. 단위는 °C)을 초과하지 않는 선에서 결정되게 된다.

예를 들어 i7-8700의 경우, PL2(122W) 상태에서는 CPU의 스펙대로 올 코어 부스트 클럭 4.3ghz로 작동하나 AVX와 같이 전력 소모가 높은 명령어가 사용되어 전력 소모량이 PL2 값을 초과하거나 온도가 Tjunction(100°C)을 초과하면, 클럭이 그보다 낮아질 수 있다. 또한, Tau(28초) 값만큼의 시간이 지나 진입한 PL1(65W) 상태에서는 전력 제한량이 PL2 상태보다 낮기 때문에, PL2 상태보다 더 낮은 클럭에서 작동할 수 있다.

따라서 인텔 CPU를 위한 쿨러를 선택할 때는 스펙상 TDP가 아닌 PL2 값에 맞춰서 선택해야 한다. 스펙상 TDP에 맞춰서 쿨러를 선택할 경우, 터보 부스트 클럭이 제대로 발생하지 않거나 높은 CPU 온도와 높은 쿨러 소음의 원인이 될 수도 있다. CPU의 PL2 값을 찾기 어렵다면, TDP의 최소 2배 이상의 발열을 쿨링 가능한 쿨러를 고르면 된다. 보통 PL2가 TDP의 2배 정도되기 때문이다.

참고로 PL2, Tau, PL1 값은 메인보드 제조사가 임의로 조절할 수 있기 때문에, 실제 CPU의 PL2, Tau, PL1 값은 메인보드에 따라 CPU의 원래 스펙과 다를 수 있다.[1] 또한 사용자가 바이오스나 인텔 XTU를 통해 PL2, Tau, PL1 값을 임의로 조절하는 것도 가능하다.[2] PL2, Tau, PL1 값을 높이면, CPU에 부하가 걸렸을 때, 클럭이 올 코어 부스트 클럭 이하로 낮아지는 것을 막을 수 있다.

또한 CPU의 전압을 낮추면, 전력 제한량에 의한 CPU의 클럭의 저하를 어느정도 줄일 수 있다. 다시 말하면, CPU의 스펙을 초과하지 않은 선에서 CPU의 클럭이 증가한다. CPU의 전압을 낮추면, CPU의 전력 소모량이 감소하게 되고 전력 제한량에 도달하기까지 여유폭이 증가해, CPU의 클럭 저하가 감소되는 원리이다.

예를 들어 i9-9980HK의 경우, CPU의 전압을 0.135V 낮추면, PL2 상태의 올 코어 부스트 클럭이 약 200MHz, PL1 상태의 올 코어 부스트 클럭은 약 400MHz 증가한다.

참고로 클럭마다 필요한 전압과 그에 따른 전력 소모량은 같은 모델의 CPU라고 해도 개별 제품의 수율에 따라 차이가 발생하기 때문에, CPU의 전력 제한량에 따라 감소하는 클럭분은 각각의 CPU마다 다를 수 있다. 이는 전압 감소에 의해 증가하는 CPU의 클럭분도 마찬가지다.

인텔의 CPU의 데이터시트에 TDP 대신 SDP(Scenario Design Power)라는 것만 있거나 같이 있는 경우가 있다. 보통 저전력 및 초저전력 CPU에서 볼 수 있다. 이는 해당 CPU를 일반적인 목적이나 시나리오대로 작동했을시 발생하는 열량이다. TDP는 CPU의 최대 발열량이지만 일반적으로 항상 CPU를 풀로 사용하는 것이 아니므로 평상시 발열량은 낮다. 이 평상시 사용을 기준으로 발열량을 측정 및 제한한 것이 SDP이다. 실제 벤치마크 등을 돌려 강제로 최대 클럭이 되게 하면, 어느 정도는 최대 클럭으로 작동하다가 발열제한(써멀 쓰로틀)이나 전력제한(파워 쓰로틀)에 걸려 클럭이 강제로 낮아지게 된다. 즉 SDP는 평상시 이만큼의 방열 대책이 되어 있다면 작동합니다.란 뜻으로 이해할 수 있다.

정리하자면 TDP의 경우 CPU의 설계상 최대 발열량이라고 말할 수 있다면, SDP의 경우 설계상 평상시 발열량이라고 말할 수 있다. 단, TDP는 TDP만큼 방열 대책이 되어 있다면 보통 발열로 인해 문제가 발생 하지 않지만 SDP의 경우 SDP만큼 방열 대책이 되어 있더라도 CPU를 많이 쓰는 프로그램의 경우 대부분 발열 및 이를 해소하기 위한 안전장치로 성능이 낮아지는 경우가 많다. 보통 열 제한에 걸려 클럭이 낮아지며, 열 제한이 걸리지 않도록 다른 방법을 사용하더라고 전력 제한에 걸려 클럭이 낮아 진다.

그래픽 카드에서 TDP라는 용어가 그래픽 카드 자체의 전력 소모량보다는 쿨러가 해소해야하는 부품의 발열량[3]을 의미하기 때문에, 엔비디아는 전력 소모량에 대해서는 GCP, TGP, MPC라는 용어를 사용하고 있다.

GCP(Graphics Card Power)라는 용어는 그래픽 카드가 소모하는 전력량(단위: W)을 의미한다. TGP(Total Graphics Power)는 파워 서플라이가 그래픽 카드에게 제공해야하는 최대 전력량(단위: W)을 뜻하며, 사실상 의미하는 바는 GCP와 같다.[4] TGP는 파워 서플라이의 보조 전원 커넥터가 제공하는 전력량과 PCIe가 제공하는 전력량 75W을 더한 값이다.

MPC(Max Power Consumption)는 Quadro 그래픽 카드[5]에서 사용되는 용어로 정확한 정의는 찾기 힘드나, 같은 그래픽 카드라면 MPC 값이 TGP 값보다 높은 것으로 보아, 순간적으로 소모할 수 있는 최대 전력 소모량(단위: W)을 의미하는 것으로 보인다. 주의해야할 점은 파워 서플라이 권장 사양은 TGP 값보다 MPC 값이 더 우선되어 적용된다는 점이다.

예를 들어, TGP가 250W인 Quadro M6000은 파워 서플라이의 8핀 커넥터를 요구하지만, MPC가 265W, TGP가 230W인 Quadro RTX 5000은 8핀과 6핀 커넥터를 요구한다.