CPU的TDP功耗是什么?這些降低FPGA功耗的法子你都知道嗎?

功耗是老生常談的話題了，對于功耗，我們通常都比較熟悉。但是，作為普通消費者，我們更多的是關注設備會帶來多少能耗。而作為設計人員，則需要考慮如何實現低功耗。本文中，小編將和大家聊聊什么是CPU的TDP功耗，以及探討一些降低FPGA功耗的方法。

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一、什么是CPU的TDP功耗

TDP的英文全稱是“Thermal Design Power”，中文翻譯為“熱設計功耗”，是反應一顆處理器熱量釋放的指標，它的含義是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量，單位為瓦(W)。

CPU的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。功耗(功率)是CPU的重要物理參數，根據電路的基本原理，功率(P)=電流(A)×電壓(V)。所以，CPU的功耗(功率)等于流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。而TDP是指CPU電流熱效應以及其他形式產生的熱能，他們均以熱的形式釋放。顯然CPU的TDP小于CPU功耗。換句話說，CPU的功耗很大程度上是對主板提出的要求，要求主板能夠提供相應的電壓和電流;而TDP是對散熱系統提出要求，要求散熱系統能夠把CPU發出的熱量散掉，也就是說TDP功耗是要求CPU的散熱系統必須能夠驅散的最大總熱量。

現在CPU廠商越來越重視CPU的功耗，因此人們希望TDP功耗越小越好，越小說明CPU發熱量小，散熱也越容易，對于筆記本來說，電池的使用時間也越長。Intel和AMD對TDP功耗的含義并不完全相同。AMD的的CPU集成了內存控制器，相當于把北橋的部分發熱量移到CPU上了，因此兩個公司的TDP值不是在同一個基礎上，不能單純從數字上比較。另外，TDP值也不能完全反映CPU的實際發熱量，因為現在的CPU都有節能技術，實際發熱量顯然還要受節能技術的影響，節能技術越有效，實際發熱量越小。

TDP功耗可以大致反映出CPU的發熱情況，實際上，制約CPU發展的一個重要問題就是散熱問題。溫度可以說是CPU的殺手，顯然發熱量低的CPU設計有望達到更高的工作頻率，并且在整套計算機系統的設計、電池使用時間乃至環保方面都是大有裨益。目前的臺式機CPU，TDP功耗超過100W基本是不可取的，比較理想的數值是低于50W。

二、如何降低FPGA設計的功耗

1.狀態機編碼：大量的邏輯資源是由實現的有限狀態機的類型來定義的。One-hlt狀態機編碼創建每個狀態的一個觸發器的狀態機，與Gray和二進制狀態機，較少利用one-hot狀態機可以獲得功效更好的設計。一些綜合器軟件能自動對狀態機進行編碼，但最有效的方法是直接在HDL代碼中定義狀態值。

2.保護賦值：賦值保護的關鍵在于：若最終的輸出不需要更新，則阻止輸入信號向下傳播到其它邏輯塊。對輸入信號的賦值保護可確保僅在適當時改變輸出值，從而將不必要的輸出開關減至最少。

在大型組合邏輯(例如寬總線復用器)的輸入端加鎖存器，這能抑制無效的開關活動，因為僅當輸出需要更新時輸入才被鎖好。類似地，可利用控制寄存器來打開或關閉低級別的模塊(如子模塊中的狀態機)。使大總線和子模塊保持在一個恒定狀態有助于減少不相關輸出開關的數量。

3.組合環：在不注意的時候，設計師偶爾可能在FPGA設計中創建了組合環。當一組相關的組合邏輯在特定的條件下不斷振蕩時，就會形成這些組合環。振蕩器將消耗FPGA中的許多電流。因此，最好是評估振蕩器，或確保在重新評估之前任何反饋邏輯都由一個寄存器來進行門控。

4.門控時鐘：對于暫時不使用的模塊，系統可以減慢或停止其時鐘。在任一給定時間，通過時鐘可以節省功耗。門控時鐘可以極大地節省功耗，因為有源時鐘緩沖器的數目減少，翻轉觸發器的次數將減少，因而那些觸發器的輸出端將減少可能反轉。門控時鐘要求仔細地規劃和分割算法，但節省的功耗相當可觀。