Hard du Hard • TDP et consommation, entre technologie et entourloupe

Que représente réellement le TDP ?
Est-ce une unité pertinente pour le dimensionnement de son alimentation ?

Si il est bien un composant quelque peu mystérieux dans le choix de sa configuration, c’est bien l’alimentation. Bien qu’une marque connue soit souvent gage de qualité et durabilité, dimensionner son jus d’électron est loin d’être un jeu d’enfant. Il existe bien des calculateurs en ligne, mais ceux-ci n’ont pas forcément le même crédit que le conseil d’un expert, et ne prennent le plus souvent en compte que la puissance moyenne et non crête. Il vous est donc peut-être arrivé d’additionner les TDP des composants, exprimés en Watt, pour obtenir une valeur d’alimentation (en Watt toujours), de rajouter à la volée une cinquantaine de Watts, et hop, roulez jeunesse, les PC est prêt.

Sauf que, quelques mois plus tard, cette même alimentation rage quit sauvagement, emportant avec elle quelques autres périphériques. Pourquoi ? Tout simplement parce que le TDP est à la base une unité thermique, et n’est en rien adaptée aux mesure de consommation. Éclaircissons tout cela avec le comptoir, en deux questions.

TDP : une unité en watts thermiques

Nous nous en doutons, à la seule vue du titre, certains seront tentés d’aller remarquer qu’un processeur n’a pas de pièces mécaniques et qu’il n’émet pas de rayonnements, et que, par conséquent, les Watts qu’il consomme sont également les Watts dissipés... et vous n’avez pas tort. La subtilité se situe dans le fait que le TDP — dans le meilleur des cas — mesure le dégagement thermique du processeur en régime permanent et à des températures fixées par les constructeurs, à la fois pour la température du die et la température de l’air extérieur. Après, rien n’empêche le constructeur de faire fonctionner, par la suite, la puce à une température de die plus élevée... ce qui permettra de dissiper plus de Watts pour une même température externe, et donc consommer davantage.

À la base, TDP signifie Thermal Design Power, ou « Enveloppe thermique » en français, et correspond à la puissance qui doit être dissipée par échange de chaleur pour qu’une puce fonctionne correctement. Cela ne prend donc en compte ni les éventuels pics de consommation ni les conditions de fonctionnement sous boost. Voyons cela d’un peu plus près, en comparant les définitions dans les documentations des constructeurs respectifs :

• Chez Intel, la confusion est totale : le TDP représenterait la puissance dissipée en régime permanent par la puce lorsqu’elle mouline à sa fréquence de base, sachant qu’il faut se référer aux consignes des bleus pour le dimensionnement des ventirads. Ici, nous voyons déjà arriver l’embobinage de première classe : non seulement il s’agit d’une puissance moyenne à fréquence de base (adieu donc le boost), mais elle ne peut même plus être utilisée pour calibrer le refroidissement ! D’ailleurs, les bleus ont eux-mêmes leurs propres mesures de consommation pour les processeurs bénéficiant de la technologie Turbo Boost (à ne pas confondre avec Turbo Boost Max 3.0, qui est juste un mécanisme de sélection des cœurs montant le mieux en fréquence), nommées PLx (Power Limit x), explicités ici plus en détail ici :

   

  • Le PL1 représente la consommation du CPU dans un état final, après avoir subi une (très) longue charge ; il est égal au TDP.

  • Le PL2 représente la consommation du CPU pendant un laps de temps tau défini par le constructeur ou la carte mère.

  • Le PL3 est une valeur optionnelle qui fixe la limite de consommation à partir de laquelle le processeur va brider sa fréquence pour rentrer dans les clous.

  • Le PL4, une valeur de consommation que le CPU est assuré de ne jamais dépasser.

   

  Par exemple, sur la 9ème génération de CPU Intel, lorsque le TDP (et donc le PL1) est à 95 W, le PL2 vaut 1,25* PL1, donc 118,75 W... et ni le PL3, ni le PL4 ne bénéficient de valeur par défaut. De plus, certaines cartes mère spécifient un tau très large (voire infini) — souvent caché dans une valeur Auto du BIOS —, ce qui signifie que le CPU tournera sans relâche à sa valeur boost, dépassant plus ou moins allègrement son TDP dépendant que ce que le vendeur aura décidé comme acceptable pour la valeur du PL2. Inutile de vous dire que, dans ces moments-là, une alimentation un peu trop juste souffre.

  De plus, sur la 10ème génération de CPU bleus, Comet Lake, le PL2 a été fortement augmenté pour atteindre 250 W sur le Core i9 10900K : largement de quoi bousiller votre alimentation si vous avez été trop chiche. Attention donc lors de vos achats...

Petit rappel du lien entre PL1 et PL2 sur les CPU Intel.

• Chez AMD (où il faut aller fouiner sur Reddit), la formule de calcul correspond bien à la définition physique :

   

  TDP (Watts) = (t_Case - tA_mbient)/(HSF ϴca)

   

  Avec t_Case la température optimale de jonction de l’IHS (donc définie par le fabriquant), t_Ambiant la température extérieure lors de la mesure du TDP, et HSF ϴca une mesure de l’efficacité de dissipation du ventirad utilisé. Ainsi, la définition des rouges est effectivement plus « correcte » que celle des bleus... mais, puisque seule une des grandeurs composant ce TDP est communiquée (t_case, qui correspond à la température la plus haute de fonctionnement du CPU), ce chiffre ne signifie alors plus rien ! En effet, en prenant pour étalon un T_Ambient irréaliste ou un système de refroidissement très puissant, il est possible de modifier artificiellement le TDP sans toucher à la consommation, et vice-versa.
  

   

  Notez cependant que le mécanisme AMD PBO permettant d’overclocker automatiquement le CPU prend en compte automatiquement des mesures de consommation (électrique, cette fois-ci : pas de TDP ici !) et de température du processeur, ajustant ainsi la fréquence de manière optimale. Néanmoins, rien n’est fait pour respecter la puissance de votre alimentation : c’est à vous de vérifier !

Petit rappel sur le fonctionnement du PBO, qui se base sur la lecture de la puissance, du courant et de la température du CPU et des VRM.

Le cas des cartes graphiques

Dans les cartes graphiques, une entourloupe supplémentaire se pointe : il faut différencier la puissance dissipée par le GPU seul de la puissance totale dissipée par la carte — comprenant le rendement imparfait des VRM et la mémoire graphique. Si la première reste, effectivement, notre TDP, la seconde se nommera TGP pour Total Graphic Power.... Rajoutez également qu’un TBP existe, le Typical Board Power, qui est exactement la même chose que le TGP ! Nuançons néanmoins le propos : puisqu’il est très rare de modifier le système de refroidissement du GPU (sauf watercooling), la notion de TDP comme Watts thermiques est totalement inutile.

D’une part, les fabricants proposent d’eux-mêmes une puissance minimale pour votre alimentation et, d’autre part, la grandeur réellement significative est, en fait, le TBP si vous souhaitez changer votre alimentation ou passer la carte sous flotte. Voyons tout de même ce qu’il en est au niveau des communications chez les deux principaux acteurs du secteur - en attendant X^e chez Intel :

• Chez NVIDIA, la transparence est plutôt de mise. Après avoir longtemps utilisé un Graphic Card Power qui ressemble à s’y méprendre au TGP, la firme a clarifié sa position dans un manuel concernant les cartes professionnelles Quadro, puis dans un document destiné aux testeurs : le TGP correspond à la puissance maximale qu’une alimentation doit être capable de fournir à la carte, incluant par exemple l’alimentation des bidules connectés en USB Type-C sur la carte. Notez que la firme ne précise pas pour combien de temps, laissant la porte ouverte à d’éventuels pics de consommation lors de rendus de scènes lourdes, tels qu’observé sur notre test de cette RTX 3080 signée ASUS. A l’inverse, le TDP est plus flou, et correspond en général à ce que la puce graphique seule grignote : ouf, les versions concordent !

Le fonctionnement du GPU Boost 4.0 montre que la consommation maximale peut être ajustée selon le bon vouloir de l'utilisateur, limitant l'intérêt du TDP face au TBP.

• Chez AMD, les choses sont encore plus simples : la seule information donnée sur papier est le TBP, soit l’énergie maximale consommée par la carte, afin d’éviter toute confusion avec le TDP des CPU, vendus sous la même marque. Néanmoins, nous n’avons trouvé aucune définition rigoureuse de ce terme sur le site officiel des rouges, c’est dire le manque de communication autour de ces valeurs.

Alors, que faut-il penser de tout cela ?

Ainsi, côté CPU, le TDP a glissé d’une valeur initialement prévue pour les ventirads, issue de la microélectronique, vers une appellation marketing parfois trompeuse. Dans ces conditions, l’idéal sera toujours de se tourner vers un site spécialisé comme le comptoir, et consulter attentivement les relevés de consommation, surtout lorsqu’une courbe puissance/temps est disponible — une simple valeur moyenne pouvant cacher bien des surprises. Quant au choix du refroidissement en question, cela reste le même combat : plutôt que de vous référer au TDP indiqué par le fabricant, consultez des tests afin de voir l'efficacité réelle, puisque la ventilation rend encore plus difficile le calcul de la dissipation thermique.

Sur les GPU, l’histoire est plus calme- le TGP/TBP étant plus facilement respecté - d’autant plus que les fabricants donnent pour chaque carte une puissance minimale d’alimentation, au cas où. Pour en rajouter une couche, le refroidissement est souvent géré par les constructeurs de cartes graphiques, via des spécifications transmises par les fabricants de GPU, et les refroidisseurs alternatifs sont devenus rares. Donc si vous dépassez les limites proposées par les fabricants, à vous de calibrer en fonction, vous avez été prévenus ! C’est d'ailleurs pour ces raisons que tous nos tests de consommation électrique et de températures se font après avoir laissé notre cher Geralt - sur The Witcher III - regarder le vide pendant 30 minutes, histoire d’être sûr de totalement consommer l’inertie thermique du système.

Pour terminer avec une note de synthèse, il sera toujours préférable de vérifier lors de tests ou de démonstrations techniques la consommation électrique réelle de vos composants. Ne cherchez jamais à dimensionner votre alimentation, votre câblage ou le nombre de périphérique en fonction du TDP, mais plutôt de sa consommation électrique réelle. D'autant plus que de nos jours, les solutions utilisant des overclocks automatiques - autant chez les CPU que chez les GPU - deviennent de plus en plus fréquentes...