CPUの消費電力

最終更新日 2023年09月07日

基礎

CPUの消費電力とは、CPUが動作中に使用する電力量です。

比例関係

CPUの消費電力が、クロック周波数、トランジスタ数、電源電圧の2乗に比例します。CPUはコア数が増えると消費電力が大きくなる傾向が見られますが、コア数の増加によりトランジスタ数も増えているので消費電力が大きくなります。CPUの消費電力が電源電圧の2乗に比例することは、オームの法則からわかります。

CPUの製造プロセスの微細化が進むと電源電圧が下がりますので、製造プロセスが異なるCPUが混在する中で比較すると、消費電力がクロック周波数等に比例するとは限りません。

CPUの発熱が消費電力に比例しますので、以上の話が消費電力を発熱に置き換えても成り立ちます。

CPUの消費電力が大きいほど発熱も大きい

CPUの消費電力が動力や光等に変わらず、ほぼ熱に変わります。そのため、CPUの消費電力が大きいほど発熱も大きいです。

消費電力を削減する技術の進歩

技術進歩によりCPUの性能が向上してきましたが、性能が向上するほど消費電力が増え問題になり、消費電力を削減する技術も進歩しました。

Intelligent Power Capability

Intelligent Power Capabilityとは、動かす必要がない回路に電力供給しない、または供給電力を減らし消費電力を削減する機能です。インテルが開発した機能であり、インテルのCPUが搭載します。Coreマイクロアーキテクチャー採用CPUから搭載が始まりました。

CPUにはトランジスタ等の素子が多数集まった回路(電子回路)があります。CPUが処理を実行するために回路を動かす必要があり、回路を動かすために電力の供給が必要です。従来では、回路全体の中で処理を実行しないので動かす必要がない回路にも電力供給していました。Intelligent Power Capability搭載CPUでは、動かす必要がない回路に電力供給しない、または電力供給量を減らします。

パソコンでCPUの消費電力の表示はできません。

CPU補助コネクターのATX 12Vコネクター(4ピン)やEPS 12Vコネクター(8ピン)に流れる電力を測定する方法があります。

CPUに限らずGPUへの電力供給にも使用しますので、厳密にはCPUのみの消費電力の測定にはなりません。

実際には不可能ですがGPUの消費電力をゼロにできたとしても、メインコネクター(20ピン)やメインコネクター(24ピン)もCPUへの電力供給に使用しますので、CPUのみの消費電力の測定にはなりません。

CPUのみの性能を評価するベンチマークソフトウェアを利用する等、GPUの消費電力を抑えて測定すると、CPUのみの消費電力に近くなります。

Power Limitとは

Power LimitとはCPUの消費電力の制限です。PLと略し表記する場合が多く、以降ではPLと表記します。PLはインテルのCPUの仕様にあります。

PLの段階

PLには段階があり、PL1、PL2、PL3、PL4があります(2020/06/24時点)。

PL1

PL1とは、ベースのクロック周波数で動作する場合の電力制限です。TDPの定義と同じです。

PL2

PL2とは、ベースよりも高いクロック周波数で動作する場合の電力制限です。PL2の状態が続く時間には制限があり、PL1 Tauが制限時間を規定します。ただしPL1 Tauに達する前にCPUの温度が異常に高くなるとPL1に移行します。PL2移行前に温度が異常に高い場合、PL2に移行しません。

例えばPL1が50W、PL2が100W、PL1 Tauが100sとします。CPUの温度が異常に高いとPL1からPL2へ移行しません。PL2へ移行しても100s前に温度が異常に高くなるとPL1へ移行します。温度が異常に高くならないとPL2が100s続きPL1へ移行します。

PL3、PL4

PL3とはPL2よりも高い電力制限、PL4とはPL3よりも高い電力制限です。どちらも瞬間的な消費電力の増加を許容するための電力制限であり、制限時間が最大10msです。

・熱設計電力(Thermal Design Power[TDP]) 鈴木直美の「PC Watch先週のキーワード」(2001/03/01公開記事)

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