Sự Leo thang của Công suất điện: Có phải CPU và GPU đang trở nên quá ngốn năng lượng?

Một cái giá không nhất thiết phải trả

Cứ sau vài năm, một thế hệ bộ xử lý máy tính mới lại được ra mắt. Trong một thời gian dài, CPU dường như giữ nguyên mức công suất, trong khi GPU chỉ tăng một lượng tương đối nhỏ. Nhưng ngày nay, có vẻ như các mẫu máy cao cấp nhất từ tất cả các nhà cung cấp đang tung ra các mẫu máy yêu cầu lượng điện năng khổng lồ.


250W cho CPU và 450W cho GPU có quá cao không? Các nhà sản xuất có quan tâm đến điều này không? Trong bài viết này, chúng ta sẽ bóc tách các tấm tản nhiệt để nhìn vào sự thật đằng sau những con số về sức mạnh và xem chính xác chuyện gì đang xảy ra.

Tại sao các chip cần năng lượng và nóng lên

Các CPU và GPU được phân loại là Mạch Tích hợp Quy mô rất lớn (Very Large Scale Integration circuits - VLSI) -- tập hợp khổng lồ các bóng bán dẫn, điện trở và các linh kiện điện tử khác, tất cả đều có kích thước siêu nhỏ.


Những con chip như vậy cần dòng điện chạy qua chúng để thực hiện các tác vụ mà chúng được thiết kế để thực hiện. Các đơn vị logic số học thực hiện phép toán bằng cách chuyển đổi một loạt các bóng bán dẫn, để thay đổi các mức điện áp khác nhau ở những nơi khác trong mạch.

Quảng cáo

Những bộ xử lý hiện đại sử dụng một loại bóng bán dẫn gọi là FinFET (Bóng bán dẫn Hiệu ứng Điện trường Vây - Fin Field-Effect Transistor). Hãy nghĩ về những thứ này giống như một cây cầu nối giữa hai hòn đảo, ở đó áp dụng một mức điện áp nhỏ hạ con đường xuống, cho phép dòng điện chạy từ nơi này sang nơi khác.
Rõ ràng là, điều này kéo theo một dòng điện đi qua các đảo và qua cầu, do đó cần có năng lượng điện – mà nếu không có nó, các con chip đơn giản là sẽ không làm được gì cả. Nhưng tại sao chúng lại nóng lên?
Thật không may, tất cả các thành phần này đều có khả năng kháng cự dòng điện này (tức là điện trở của chúng). Lượng điện trở thực tế là rất nhỏ, nhưng với số lượng bóng bán dẫn trong CPU và GPU lên tới hàng tỷ, hiệu ứng tích lũy là rất rõ rệt.

Ba tỷ bóng bán dẫn trên một đầu ngón tay (Intel Coffee Lake-S Core i7-8700K). Ảnh: Fritzchen Fritz

Một CPU điển hình có thể chỉ có tổng điện trở nội bộ trong khoảng một chục milliohm, nhưng một khi nó có dòng điện 80 ampe trở lên chạy qua, năng lượng tiêu hao do điện trở sẽ trên 90 jun mỗi giây (hoặc watt, W).
Năng lượng đó được truyền tới các vật liệu tạo nên toàn bộ con chip, đó là lý do tại sao mọi bộ xử lý đều nóng lên trong khi hoạt động. Những con chip lớn cần được làm mát tích cực để ngăn nhiệt độ của chúng tăng quá cao, vì vậy tất cả lượng nhiệt đó cần phải được chuyển đi nơi khác.
Có những yếu tố khác ảnh hưởng đến lượng nhiệt tiêu tán đi, chẳng hạn như rò rỉ dòng điện, nhưng nếu bộ xử lý đang 'đánh mất' năng lượng (ở dạng nhiệt), thì nó sẽ cần phải liên tục 'tiêu thụ' năng lượng đó để duy trì hoạt động chức năng.
Nói cách khác, lượng nhiệt bị mất gần như giống với định mức công suất của chip. Vì vậy, hãy bắt đầu bằng cách xem xét bộ xử lý trung tâm và xem các yêu cầu về năng lượng của chúng đã thay đổi như thế nào trong những năm qua.

Sự thật ẩn giấu đằng sau con số sức mạnh của CPU

Trong nhiều năm, các nhà cung cấp CPU đã công bố mức tiêu thụ điện năng của bộ vi xử lý của họ thông qua một con số đơn giản: Công suất Thiết kế Nhiệt (Thermal Design Power) hay TDP. Thật không may, con số này đã trải qua nhiều định nghĩa khác nhau khi các thiết kế chip tiến hóa dần.


Định nghĩa hiện tại của Intel là:
"Mức tiêu hao năng lượng trung bình theo thời gian mà bộ xử lý được xác thực là không vượt quá trong quá trình sản xuất khi thực thi khối lượng công việc có độ phức tạp cao do Intel chỉ định ở Tần số cơ bản và ở nhiệt độ chuyển tiếp tối đa".

Quảng cáo

Nói cách khác, nếu CPU Intel của bạn có tần số cơ bản là 3,4 GHz và nhiệt độ tối đa là 95 °C (203 °F), thì định mức công suất của nó sẽ bằng với TDP miễn là chip của nó đang hoạt động ở các giới hạn đó.
Vì vậy, chúng ta hãy xem một số ví dụ về CPU trong 17 năm qua. Ở đây ta đã chọn những mẫu máy tính để bàn ngốn nhiều điện năng nhất được phát hành hàng năm trong khoảng thời gian đó, bỏ qua những mẫu hướng đến máy trạm và những thứ tương tự.

Ngoài một số trường hợp cá biệt, chẳng hạn như FX-9590 của AMD từ năm 2013 (với TDP là 220W!), các CPU dường như rất nhất quán trong các yêu cầu về điện năng của chúng.
Nhìn bề ngoài, có vẻ như không có dấu hiệu nào cho thấy chúng ngày càng tham lam điện năng, đây rõ ràng là một điều tốt. Những tiến bộ đạt được trong việc chế tạo chất bán dẫn, cũng như thiết kế mạch tích hợp tối ưu, phải là những lý do cho điều này.
Vấn đề duy nhất với điều đó là hầu hết mọi CPU trên thị trường đều có thể chạy ở tốc độ cao hơn nhiều so với tần số cơ bản của nó. FX-9590 được đề cập ở trên có tần số cơ bản là 4,7 GHz, nhưng có thể tăng tốc độ xung nhịp lên tới 5,0 GHz. Vậy thì, chuyện gì xảy ra sau đó?
Bạn có thể nghĩ rằng đó là một câu trả lời đơn giản: nó sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, hút một lượng dòng điện cao hơn từ bo mạch chủ. Thật không may, không phải lúc nào cũng vậy, vì nó phụ thuộc vào cài đặt nào đã được kích hoạt trong BIOS của bo mạch chủ.

Cả Intel và AMD đều có một số tùy chọn, tất cả đều có thể được kích hoạt hoặc hủy kích hoạt (phụ thuộc vào việc có tùy chọn nào để làm điều đó trong BIOS hay không) mà sẽ cho phép CPU quản lý năng lượng và tần số của chính nó.
Hãy nói về Intel trong giây lát, ta thấy hệ thống chính để thực hiện điều này được gọi là Công nghệ Turbo Boost. Bỏ cách đặt tên theo phong cách những năm 1980 sang một bên, chức năng này chủ động kiểm soát lượng điện năng mà CPU có thể tiêu hao cho một tải lượng nhất định, trong một khoảng thời gian nhất định.
Các CPU của Intel thường có hai giới hạn công suất như vậy, PL1 (còn gọi là TDP) và PL2, mặc dù có sẵn nhiều mức hơn nữa…

Quảng cáo

Lưu ý cách mà đường cong công suất màu cam có thể tăng vọt, quét lên các mức cao hơn đáng kể so với mức PL1 (trong khoảng thời gian cực nhỏ) và tăng lên mức PL2 trong một khoảng thời gian nhất định. Ở đây, CPU đang hoạt động vượt hơn tần số cơ bản của nó, nhưng không nhất thiết phải ở tốc độ xung nhịp tối đa của nó.
Vì Intel tắt PL3 và PL4 theo mặc định, nên chúng ta có thể coi PL2 là mức tiêu thụ điện năng tối đa trong thực tế của CPU -- có thể chỉ trong một vài giây (hoặc tùy thuộc vào cài đặt BIOS, nó có thể chạy như vậy luôn luôn), nhưng nó vẫn là công suất cao nhất có thể.
Vậy PL2 cao hơn PL1 bao nhiêu? Giá trị này dao động theo từng mẫu bộ xử lý mới, nhưng chúng ta hãy xem xét những mẫu trong vài năm qua trong biểu đồ TDP của chúng ta ở trên.

Bảy năm trước, với những chip như Core i7-8700K, chỉ có sự chênh lệch 30W giữa PL1 và PL2, nhưng hiện tại nó đã hơn 100W -- trong một số trường hợp, thật sự tăng gấp đôi yêu cầu về điện năng.
AMD không sử dụng các tên nhãn và định nghĩa giống như Intel, nhưng CPU của họ cũng có thể tiêu tốn nhiều năng lượng hơn giới hạn TDP luôn.
Giới hạn trên tựa như PL2 được đưa ra dưới dạng Theo dõi Công suất Gói (Package Power Tracking - PPT) -- công suất tối đa mà CPU có thể tiêu tốn dưới bất kỳ mức tải nhất định nào. Đối với tất cả bộ xử lý máy tính để bàn Ryzen có TDP từ 95W trở lên, PPT bằng 1,34 x TDP.

Vì vậy, có một điều giờ đã rõ ràng: các CPU cao cấp chắc chắn đã tăng yêu cầu về năng lượng tối đa tuyệt đối của chúng trong vài năm qua, bất chấp TDP tương đối bình ổn.
Tuy nhiên, các nhà cung cấp bo mạch chủ lại làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn bằng cách gạt bỏ đi những thứ như các giới hạn công suất mặc định và hạn chế về thời gian của Intel, đồng thời thiết đặt các giá trị của riêng họ trong BIOS. Nói cách khác, cùng một CPU trong bo mạch chủ này có thể đạt tối đa 120W, nhưng lại đạt 200W trong một bo mạch chủ khác.
Nhưng chúng ta nên có một nhận xét công tâm vào thời điểm này, vì tất cả các số liệu được cho thấy tới giờ đều dành cho các mẫu máy cao cấp nhất -- những mẫu máy có tốc độ xung nhịp cao nhất và số lượng lõi nhiều nhất.
May mắn thay, các CPU tầm trung và giá rẻ đã thay đổi rất ít, đơn giản vì chúng luôn có ít lõi hơn nhiều so với các sản phẩm đình đám.

Hướng xuống đáy thị trường CPU máy để bàn, Core i3-12100F phổ biến của Intel có TDP là 58W (và PL2 là 89W), trong khi Ryzen 3 4100 của AMD được ước tính ở mức TDP là 65W – khá là tương đồng với con số chuẩn của những dòng sản phẩm đó.
Tuy nhiên, Ryzen 7600X tầm trung mới nhất của AMD có TDP là 105W, cao hơn 40W so với người tiền nhiệm ngay trước đó của nó, 5600X. Và Core i5-12600K của Intel có TDP của một con chip cao cấp: 125W.
Tất cả những điều này chỉ ra rằng có một sự gia tăng rõ ràng về mức tiêu thụ điện năng, chủ yếu là đối với các mẫu máy cao cấp nhất nhưng không chỉ như vậy. Nếu bạn muốn một CPU có nhiều lõi nhất và tốc độ xung nhịp cao nhất, thì sẽ có một nhu cầu năng lượng đáng kể đi kèm với nó.
Thật không may, những người muốn nâng cấp lên sản phẩm tầm trung mới nhất cũng có thể phải chấp nhận mức tăng năng lượng đáng chú ý.

Những con hà mã đói khát điện năng bước ra sân khấu: GPU

Trong khi các CPU còn khá hòa nhã xét về mặt công suất điện, ngay cả khi đã tính đến việc tăng giới hạn tối đa gần đây, thì có một con chip trong máy tính để bàn ngày càng lớn hơn và đói khát hơn với mỗi thế hệ mới. Cho đến nay, chip xử lý đồ họa (GPU) là thiết bị bán dẫn lớn nhất và phức tạp nhất mà hầu hết mọi người sẽ sở hữu, xét về số lượng bóng bán dẫn tuyệt đối, kích thước khuôn và khả năng xử lý.


Mức độ chân thực về đồ họa trong các game ngày nay ở quy mô mà chỉ có thể mơ tới vào 17 năm trước, nhưng chi phí điện năng cho tất cả các đa giác, kết cấu vật thể và những điểm ảnh đó khiến CPU trông nhẹ nhàng hơn khi so sánh.

Chúng ta đã thực hiện điều tương tự trong biểu đồ này, giống như ta đã làm đối với CPU -- lấy các card đồ họa cấp độ tiêu dùng đòi hỏi nhiều năng lượng nhất từ các nhà cung cấp hàng đầu, cho mỗi năm. Ví dụ năm 2008 ta có G92, GT200 của Nvidia (màu xanh lá) và RV770 của AMD (màu đỏ); năm 2009 có RV790 của AMD, v.v… Đường hồi quy của Nvidia có xu hướng tăng theo hàm số mũ (y = a*b^x) trong khi đường của AMD chỉ có xu hướng tăng tuyến tính mà thôi, mặc dù từ năm 2016 về trước các GPU của AMD thường là ngốn điện hơn. Biểu đồ cũng cho thấy hệ số R bình phương của từng hãng với Nvidia cao hơn AMD.
Những CPU như Ryzen 9 7950X của AMD có thể đạt công suất tối đa 230W, nhưng các GPU cao cấp đã tiêu hao mức công suất đó gần 15 năm trước, chẳng hạn R600 từ năm 2007 và GT200 năm 2008 đã đạt con số gần 250W điện.
Và như biểu đồ thể hiện, có rất ít dấu hiệu cho thấy xu hướng sao cho các card đồ họa mạnh mẽ nhất yêu cầu lượng điện năng cao hơn bao giờ hết sẽ giảm đi, vì các đường xu hướng của cả hai nhà cung cấp rõ ràng là không giảm, mặc dù độ tương quan không mạnh lắm.
Với việc Nvidia ra mắt GeForce RTX 4090, tự hào với con chip có 76 tỷ bóng bán dẫn và TDP là 450W, đường xu thế này đã có một bước nhảy vọt đáng kể. Hãy nghĩ về con chip kiến trúc ARM M2 của Apple… chỉ có 20 tỷ bóng bán dẫn để thấy được sự chênh lệch khủng khiếp này, còn các CPU x86 cao cấp cũng thường nằm dưới con số 20 tỷ ấy. Hoặc là hãy nghĩ về việc bạn đang đọc những dòng này bằng một CPU có đồ họa tích hợp thì chỉ cần chưa tới 25W điện nhưng chỉ cần kết xuất các hình ảnh đồ họa liên hồi và đẹp mắt trong một trò chơi thì đã tốn đến 450W điện, tức là đòi hỏi năng lượng gấp 18 lần. Dù tựu trung lại bất kể đọc văn bản hay chơi game, đó vẫn chỉ là sự kết hợp của một loạt các hình ảnh.
Vì vậy, các nhà cung cấp GPU có thực sự không bận tâm về yêu cầu điện năng không?

Biểu đồ trên cho thấy cùng những chip như ở trên đã thay đổi quy mô như thế nào về số lượng bóng bán dẫn được đóng gói trong mỗi milimet vuông của khuôn, so với TDP của card đồ họa. Với đường hồi quy của AMD có xu hướng tăng theo hàm số logarith (y = a b*Ln(x)) còn đường của Nvida tăng theo hàm số lũy thừa (y = a*x^b).
Thang mật độ của khuôn là có tính logarith vì đã có một bước nhảy vọt lớn về mật độ trong những năm gần đây – trong khi một thang tuyến tính sẽ có hầu hết tất cả các điểm dữ liệu được gói gọn trong một vùng nhỏ.
Chúng ta có thể thấy rằng khi GPU đóng gói nhiều công tắc có kích thước nano hơn vào các mạch của chúng, yêu cầu về điện năng đã tăng đều đặn -- nhưng không phải theo một cung cách bất biến (đúng vậy, đường của AMD trông khá thẳng, nhưng hãy chú ý thang logarith của nó).
Các xu hướng phi tuyến tính đều đang gia tăng nhưng bản thân tốc độ gia tăng đã giảm đi mỗi năm. Mô hình giữa mật độ và TDP này phụ thuộc vào việc các nhà cung cấp tung ra những chip mới được sản xuất trên một nút quy trình được cải tiến (improved process node - IPN).
IPN là tên gọi được đặt cho phương pháp chế tạo được sử dụng bởi một xưởng đúc chất bán dẫn để làm ra chip. Mỗi nút quy trình mới cung cấp một loạt lợi ích khác nhau so với nút trước đó: mật độ cao hơn, công suất thấp hơn, hiệu năng tốt hơn, v.v.

Các nút quy trình mới hơn là lý do tại sao GPU có hàng tỷ bóng bán dẫn.

Không phải tất cả những cải tiến này đều có thể được áp dụng cùng một lúc, nhưng trong trường hợp GPU, nó đã cho phép các nhà cung cấp tạo ra những bộ xử lý thực sự khổng lồ, với mức độ xử lý số vượt trội, với một yêu cầu điện năng hợp lý.
Ví dụ: nếu Navi 21 (2020, 7nm) được chế tạo bằng cách sử dụng cùng một nút như nút được sử dụng cho R520 (2005, 90nm), thì mức điện năng đòi hỏi sẽ tiến luôn vào vùng kW (1kW = 1000W). Vì vậy, mặc dù mức năng lượng hiện tại khá cao, chúng đã có thể tồi tệ hơn nhiều.
Và những lợi ích mà các nút quy trình và thiết kế GPU mới mang lại không chỉ đơn thuần là giảm mức năng lượng.

FLOPS là số phép tính dấu chấm động mỗi giây của GPU (Floating-point Operations per second), với 1Giga FLOPS = 1 tỷ FLOPS

Khả năng tính toán, trên mỗi đơn vị điện năng, của tất cả các GPU cao cấp nhất đã chứng kiến sự gia tăng gần như liên tục, với tốc độ đáng kinh ngạc, kể từ khi các mô hình đổ bóng hợp nhất đầu tiên xuất hiện từ năm 2006.
Nếu lấy các số liệu trên, mức tăng TDP trung bình kể từ năm 2006 là 102%, trong khi mức tăng hiệu năng trên mỗi watt của FP32 là đáng kinh ngạc 5.700%.
Mặc dù thông lượng xử lý của FP32 không phải là chất lượng xác định của một card đồ họa, nhưng đây là một trong những khả năng quan trọng nhất để chơi game và đồ họa 3D. Chúng ta chỉ có các trò chơi có đồ họa và tính năng đáng kinh ngạc ngày nay mà thôi, bởi vì các GPU tốt nhất ngày càng lớn hơn và phức tạp hơn.
Nhưng ngay cả khi bộ xử lý đồ họa tốt hơn bao giờ hết và mức độ điện năng của chúng thực sự không tệ như chúng có thể, thì mức tiêu thụ năng lượng của chúng vẫn đang tăng lên. Ngay cả những GPU siêu tiết kiệm ngân sách, thường tận dụng điện từ 30W trở xuống, cũng đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về TDP trong vài năm qua.

Như trong biểu đồ cho thấy, với mức TDP là 40W trở xuống chỉ gặp ở các GPU giá rẻ từ năm 2017 về trước, còn các loại mới dao động từ khoảng 50-100W.

Nếu một người muốn tậu một card đồ họa Nvidia có thể sử dụng tất cả dòng điện của nó chỉ qua khe cắm PCI Express, thì toàn bộ hàng tồn kho có kiến trúc Ampere (tiền nhiệm của kiến trúc Ada Lovelace) thật sự cần phải bị bỏ qua. GeForce RTX 3050 (Ampere) có TDP là 100W và do khe cắm có giới hạn là 75W nên cần có thêm đầu nối nguồn.
Những chiếc card như vậy, giống như những người anh em to lớn hơn nhiều của chúng, có sức mạnh xử lý lớn hơn rất nhiều so với trước đây, nhưng đối với những người muốn xây dựng các hệ thống tiêu thụ điện năng cực thấp, ngày càng có ít lựa chọn hơn khi nói đến card đồ họa.
Và dường như không có bất kỳ dấu hiệu nào cho thấy nhu cầu điện tăng chậm lại chứ chưa nói đến việc giảm xuống. Ví dụ, bước đột phá mới nhất của Intel vào thị trường card đồ họa, dòng Arc, hiện đang dẫn đầu bởi A770.

Card này có chip với 21,4 tỷ bóng bán dẫn, 16GB GDDR6 và TDP là 225W. Mặc dù nó được nhắm mục tiêu vào phân khúc tầm trung, nhưng nhu cầu năng lượng đó cũng giống như các chip lớn nhất của AMD và Nvidia từ bốn năm trước.
Tình hình tốt hơn một chút đối với các card GeForce và Radeon tầm trung, trong đó RTX 3060 yêu cầu 170W và RX 6600 XT tiêu thụ 160W, nhưng tất cả các phân khúc đều tăng nhu cầu năng lượng -- cao hơn nhiều so với CPU.
Nếu không nhờ kỹ thuật tốt hơn thì rõ ràng nhu cầu đó sẽ cao hơn nhiều, nhưng một câu hỏi quan trọng thực sự cần trả lời ở đây là liệu CPU và GPU có đang yêu cầu quá nhiều năng lượng so với những gì chúng đang cung cấp hay không.

Bao nhiêu là quá nhiều?

Hai trong số những phàn nàn phổ biến nhất về sự gia tăng nhu cầu năng lượng của CPU và GPU là chi phí điện năng và lượng nhiệt sinh ra -- chúng ta hãy bắt đầu bằng việc xem xét vấn đề đầu.


Giả sử bạn có một PC chơi game có cấu hình rất cao, được trang bị đầy đủ một số thành phần tốt nhất mà bạn có thể mua được bằng tiền. Cũng giả sử rằng bạn đang sử dụng AMD Ryzen 9 5950X, được hỗ trợ bởi Nvidia GeForce RTX 3090 Ti được ép xung nhẹ.
Đương nhiên, cũng sẽ có các bộ phận khác trong đó (ít nhất là bo mạch chủ, chút RAM và ổ lưu trữ), nhưng chúng ta có thể để chúng sang một bên vì mức tiêu thụ năng lượng kết hợp của chúng sẽ thấp hơn nhiều so với CPU hoặc GPU . Vì vậy, chiếc PC đó sẽ đòi hỏi loại công suất nào khi đang chơi game cuồng nhiệt? Từ 670W đến 700W thì lớn như thế nào?

Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng bạn sử dụng PC của mình theo cách này trong 2 giờ, mỗi ngày, cho mọi ngày trong năm. Lượng năng lượng mà PC tiêu thụ sẽ vào khoảng 500 kWh (0,7 x 2 x 365) -- tương đương với việc chạy không ngừng một ấm đun nước điện 1,5 kW trong gần hai tuần.
Tùy thuộc vào nơi bạn sống trên thế giới và mức giá bạn đang trả cho tiền điện của mình, việc sử dụng một chiếc PC như thế này có thể dao động từ $70 đến $280 (không bao gồm thuế và phí bổ sung) mỗi năm.
Nhưng so với tổng chi phí của PC, có thể là vài nghìn đô la, thì đó là một số tiền tương đối nhỏ. Lấy giá trị cao hơn và tính ra tiền điện mỗi giờ chơi game chỉ tương đương 0,38 đô la mỗi giờ.

GeForce RTX 4090 mới của Nvidia có TDP là 450W

Trường hợp xấu nhất là máy tính có kết hợp CPU và GPU ngốn nhiều năng lượng nhất mà bạn có thể có ngay bây giờ (cái card ở trên và Core i9-13900K của Intel), với cả hai đều chạy ở giới hạn điện năng mặc định cao nhất của chúng, sẽ vẫn chỉ có giá khoảng 0,5 đô la mỗi giờ, cho cùng một thói quen chơi trò chơi.
Bạn có thể lập luận rằng 50 xu mỗi giờ chơi game là quá cao và đối với hàng triệu người trên thế giới, điều đó gần như chắc chắn đúng. Nhưng họ không có khả năng có một chiếc PC như vậy ngay từ đầu.
Các máy chơi game gia đình (console) phổ biến hơn PC chơi game, xét về số lượng đơn vị được xuất xưởng mỗi năm và chúng chứa phần cứng có khả năng kém hơn nhiều so với các ví dụ nêu trên. Nhưng về nhu cầu điện năng, những thứ như Xbox Series X của Microsoft sẽ chỉ tiêu thụ 153W trong quá trình chơi trò chơi tích cực.

Ngay cả khi bạn tính luôn đến một TV OLED lớn có thể bồi thêm 100W, thì hai thiết bị kết hợp sẽ thực sự sử dụng năng lượng ít hơn 44% so với riêng GeForce RTX 4090 (nghĩa là (450-253)/450). Vì vậy, nếu chi phí điện là một mối quan tâm thực sự, thì các máy console là một lựa chọn tốt để chơi game.
Tất nhiên, không phải bạn cần sử dụng các bộ phận PC mới nhất hoặc mạnh nhất để thưởng thức trò chơi. Có rất nhiều linh kiện cũ hơn hoặc tầm trung không có nhu cầu năng lượng quá cao mà vẫn mang lại nhiều hiệu suất.
Các card đồ họa Radeon RX 5700 XT, GeForce RTX 2060 Super hoặc thậm chí GeForce GTX 1080 Ti đã qua sử dụng vẫn rất có khả năng và cả ba đều có TDP 250W trở xuống.
Nói tóm lại, lập luận cho rằng việc tăng điện năng là một vấn đề đáng ngại, hoàn toàn là do giá điện, có phần đáng tranh luận -- phụ thuộc quá nhiều vào giá địa phương cho một đơn vị điện, thói quen chơi game, v.v. để giải quyết dứt điểm cuộc tranh luận như vậy.
Nhưng còn vụ nóng thì sao?
Như đã đề cập ở phần đầu của bài này, gần như mọi jun năng lượng điện cuối cùng đều bị tiêu tán dưới dạng nhiệt, được truyền ra môi trường chủ yếu thông qua cơ chế đối lưu.



Nếu nó sử dụng điện, nó sẽ tản nhiệt. Ảnh: Gorodenkoff

Về lý thuyết, một chiếc máy tính có công suất 900W có thể tăng nhiệt độ của 1000 feet khối không khí (28 mét khối) từ 20°C/68°F lên 40°C/104°F chỉ trong 17 phút. Điều này tất nhiên giả định rằng sự truyền nhiệt là hoàn hảo và cách nhiệt hoàn hảo, không có sự di chuyển của không khí nóng hơn ra khỏi khối thể tích được đề cập.
Nhưng mặc dù nó không thực sự nhanh như vậy, thì trên thực tế, tất cả lượng nhiệt đó cuối cùng vẫn sẽ được truyền vào môi trường xung quanh PC, bất kể tốc độ truyền là bao nhiêu.
Quạt làm mát, bất kể số lượng hay hiệu suất của chúng, sẽ không thay đổi điều này, vì chúng chỉ giúp giảm nhiệt độ của các bộ phận. Cách duy nhất để giảm bớt sự gia tăng nhiệt của môi trường là cho phép không khí nóng di chuyển đi nơi khác, chẳng hạn như thông qua việc mở cửa sổ.
Nếu bạn đang có kế hoạch chi một khoản tiền lớn cho CPU và GPU mạnh nhất mà bạn có thể thấy, thì hãy chuẩn bị tinh thần rằng chúng sẽ thải một lượng nhiệt năng đáng kể vào phòng chơi game của bạn.
Cũng giống như sự phàn nàn về chi phí điện, đây cuối cùng là mối quan tâm của mỗi cá nhân -- 900W nhiệt có thể là vấn đề kinh niên đối với người này nhưng lại hoàn toàn bình thường đối với người khác.

Nhu cầu của số đông lớn hơn nhu cầu của số ít

Vì vậy, có vẻ như những lo ngại về mức sinh nhiệt và chi phí điện là những vấn đề rất cá nhân. Tuy nhiên, tất cả trở nên quan trọng hơn nhiều khi được nhân rộng trên toàn cầu.


Có hàng triệu chiếc PC ngoài kia và mặc dù số lượng khu vực đang đóng gói những con chip xài hơn 250W là tương đối nhỏ, cuối cùng tất cả các máy này sẽ được thay thế bằng máy tính có các thành phần có nhu cầu điện năng cao hơn so với hiện tại.
Để hiểu được điều này, hãy xét thấy rằng ước tính đã có khoảng 17 triệu máy Xbox Series X và 50 triệu máy Xbox One được bán trên toàn thế giới. Cái trước sử dụng nhiều năng lượng hơn khoảng 90W so với cái sau.

Nếu chúng ta giả định rằng tất cả các thiết bị cũ hơn đó được thay thế bằng mấy thiết bị mới hơn, thì nhu cầu điện năng tích lũy sẽ tăng thêm 3 GigaWatt (tức 3 tỷ Watt) và cuối cùng là tản ra nhiệt. Rõ ràng là các máy này sẽ không chạy cùng một lúc, nhưng năng lượng bổ sung cần thiết không chỉ dành riêng cho máy chơi game này.
Khi các bộ xử lý mới ra mắt cho máy tính xách tay, máy tính để bàn, máy trạm và máy chủ, tất cả chúng sẽ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, có thể là một vài watt hoặc một trăm watt. Điều đó có nghĩa là ngành năng lượng sẽ phải đối mặt với nhu cầu ngày càng cao đối với khả năng cung ứng.
Bất luận thế nào thì điều này cũng sẽ đúng do tăng dân số và tăng trưởng kinh tế, nhưng vấn đề chỉ tổ trở nên trầm trọng thêm do sự gia tăng công suất của chất bán dẫn.
Ngay cả khi tính đến việc doanh số PC giảm như dự báo đã chỉ ra trong một số năm, vẫn có những lĩnh vực khác đang làm điều ngược lại: Internet Vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích dữ liệu lớn (Big Data Analysis) đều cho thấy rất nhiều sự phát triển.

Trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn sử dụng nhiều GPU cao cấp để thực hiện các tính toán cần thiết và nếu các thành phần mới cho những máy này không có dấu hiệu dịu đi nhu cầu năng lượng của chúng, thì những ngành công nghiệp này sẽ chỉ làm cho tình hình năng lượng trở nên tồi tệ hơn.
Nhu cầu điện, trên quy mô toàn cầu, đã được một số người ước tính là cao gấp 3 lần so với hiện nay, tăng 3 đến 4% mỗi năm vào năm 2050. Tuy thế, việc những ước tính như vậy có tính đến sự gia tăng mức tiêu thụ năng lượng của bộ xử lý hay không vẫn chưa rõ ràng.
Kể từ năm 2005, ước tính sản lượng điện toàn cầu đã tăng từ 18 Peta Wh (1 PWh = 1 triệu GWh) lên 28 Peta Wh vào năm 2021 -- mức tăng 56% chỉ trong 16 năm. Và sự leo thang đó hoàn toàn là do nhu cầu gia tăng. Sự tăng trưởng trong sử dụng chất bán dẫn sẽ chỉ bổ sung vào điều đó trong những thập kỷ tới.

Vì vậy phải làm gì, nếu có thể, để giải quyết chuyện này?

Với tư cách cá nhân, có rất nhiều cách bạn có thể thử để hạ thấp nhu cầu điện năng của các thành phần PC lớn nhất của mình. Trong trường hợp của CPU, phần lớn các bo mạch chủ có nhiều tùy chọn năng lượng trong BIOS mà sẽ buộc bộ xử lý giảm mức tiêu thụ năng lượng khi không hoạt động.


Advanced Configuration and Power Interface (ACPI – Cấu hình Nâng cao và Giao diện Nguồn) xuất hiện trên máy tính để bàn từ năm 1996 và liên tục được cập nhật kể từ đó. Giờ đây, tất cả các CPU tiêu dùng đều có các tính năng tuân thủ ACPI và đối với mức tiêu thụ điện năng, có hai tính năng đáng chú ý: các trạng thái P và trạng thái C.
Cái đầu đề cập đến trạng thái hiệu năng mà bộ xử lý đang hoạt động và khi được bật trong BIOS, cho phép chip chạy ở tần số và điện áp thấp hơn để tiết kiệm năng lượng. Trạng thái C làm điều tương tự nhưng kiểm soát những gì CPU có thể làm (ví dụ: duy trì dữ liệu trong bộ đệm cache hoặc xóa toàn bộ dữ liệu) trong khi chạy ở dạng thức ít tốn điện hơn.
Đối với các bộ xử lý Ryzen mới hơn của AMD (sê-ri 3000 trở đi), việc bật Chế độ Eco trong phần mềm Ryzen Master của họ sẽ buộc bộ xử lý chạy với TDP thấp hơn đáng kể, không phụ thuộc vào bất kỳ tùy chọn ACPI nào được bật.

Tùy thuộc vào hệ thống được sử dụng và chỉ số hiệu năng được đo lường, tác động của việc sử dụng giá trị công suất thấp hơn có thể nhỏ một cách đáng ngạc nhiên. Đối với người dùng CPU Intel, có thể đạt được điều tương tự bằng cách đi sâu vào cài đặt BIOS và tìm kiếm mục Quản lý Công suất CPU Nội bộ - Internal CPU Power Management (không phải kiểu máy nào cũng có).
Trong mục này, các giá trị cho PL1 và PL2 có thể được đặt thấp hơn giá trị mặc định, mặc dù chúng có nhiều khả năng được liệt kê bằng tên gọi khác nhau. Ví dụ, Asus sử dụng tên gọi Long/Short Package Duration Limit đối với PL1/PL2.
Các card đồ họa có thể được điều chỉnh theo cách tương tự bằng cách sử dụng phần mềm như MSI Afterburner. Ứng dụng này cho phép kiểm soát giới hạn công suất tối đa của card, được đặt dưới dạng phần trăm và con số này có thể dễ dàng hạ xuống.

Ví dụ: RTX 2080 Super của Nvidia có giới hạn công suất 100% là 250W. Giảm mức này xuống 70% sẽ hạn chế mức tiêu thụ năng lượng của GPU xuống 175W. Đương nhiên, điều này cũng sẽ làm giảm hiệu năng của card, nhưng cũng giống như Chế độ Eco của Ryzen, tác động không lớn như bạn nghĩ.
Điều tương tự có thể đạt được bằng cách hạ thấp điện áp lõi của GPU, mà tới lượt nó thường sẽ đòi hỏi tốc độ xung nhịp cũng phải hạ xuống. Ngoài ra, nếu một trò chơi cung cấp tùy chọn giới hạn tốc độ khung hình, thì việc cố định nó ở giá trị thấp hơn cũng sẽ làm giảm nhu cầu điện năng.
Nhưng nói cho đơn giản nhất, cách điều chỉnh mức giới hạn công suất, thông qua việc dùng một thanh trượt đơn giản, không thể bị đánh bại.
Ở đây chúng ta chạy một số thử nghiệm nhanh, sử dụng Shadow of the Tomb Raider, với card đồ họa đã nói bên trên (RTX 2080 Super) và Intel Core i7-9700K. Độ phân giải của trò chơi được đặt thành 4K, với tất cả các chi tiết đồ họa được đặt tới giá trị tối đa, chế độ DLSS Quality được bật nhưng tính năng dò tia (ray tracing) bị tắt.

Có vẻ thật đáng ngờ khi giảm 50% công suất khả dụng tối đa chỉ dẫn đến giảm 10% tốc độ khung hình trung bình (giảm điện chưa đầy 5% chỉ làm tụt 1% giá trị fps) nhưng cũng đáng lưu ý là trò chơi này có tải CPU khá là cao.
Việc sử dụng DLSS chắc chắn cũng đã giúp ích trong thử nghiệm này, vì trò chơi kết xuất hình ở độ phân giải thấp hơn nhiều so với độ phân giải được đưa ra, nhưng GPU sẽ chỉ cố gắng kết xuất hình ở tốc độ fps nhanh hơn và vẫn đạt đến giới hạn công suất của nó (nên ta không thấy fps tụt xuống quá nhiều).
Rõ ràng là các trò chơi và thiết lập phần cứng khác nhau sẽ tạo ra các kết quả khác nhau so với những gì đã thấy ở trên, nhưng trong Red Dead Redemption 2 (1440p, chất lượng tối đa), giới hạn công suất giảm 50% sẽ giảm 15% tốc độ khung hình trung bình và đối với Far Cry 6, FPS chỉ tụt xuống 7%.
Vì vậy, tất cả những điều này có thể đặt ra một câu hỏi đơn giản -- tại sao các nhà cung cấp phần cứng lại đặt giới hạn công suất cao như vậy khi có vẻ như không cần thiết?
Lý do khả dĩ nhất là lý do liên quan đến tiếp thị và tình trạng sản phẩm. AMD, Intel và Nvidia cần các mẫu sản phẩm của họ được phân biệt rõ ràng nhất có thể, đặc biệt là ở mẫu cao cấp nhất tại cuối phân khúc.

Những sản phẩm này được coi là sản phẩm tốt nhất mà bạn có thể mua, vì vậy chip được sử dụng sẽ được chọn từ quy trình binning (phân cấp chip theo tiêu chí) để tạo ra những chip có thể chạy ở tốc độ xung nhịp cao nhất nếu được cung cấp đủ năng lượng.
Nhưng điều này có thể dẫn đến các tình huống như đã thấy với GeForce RTX 3090 Ti -- nó có TDP cao hơn 100W so với 3090 (cao hơn 29%), nhưng ngay cả ở 4K, thử nghiệm của chúng ta chỉ cho thấy nó nhanh hơn khoảng 10% trong trò chơi .
Vì tất cả các nhà cung cấp lớn sẽ muốn bán mọi loại chip có thể được sản xuất cho họ, nên các mẫu "tốt hơn vài phần trăm" sẽ không biến mất, nhưng các nhà thiết kế chắc chắn có thể giảm nhu cầu điện năng.

Các nhà sản xuất phần cứng cần làm tốt hơn

Các nhà cung cấp chẳng hạn AMD quảng bá mạnh mẽ khía cạnh hiệu năng trên mỗi watt trong sản phẩm của họ và thường sử dụng nó như một tiêu điểm bán hàng theh chốt. Ví dụ: đối với kiến trúc GPU dành cho máy để bàn tiếp theo của họ, RDNA 3, dự báo cải thiện là đáng kể. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là dòng card đồ họa Radeon RX 7000 sẽ đột ngột có TDP thấp hơn nhiều.


Đối với RDNA 2, AMD nhấn mạnh rằng nó có hiệu suất trên mỗi watt cao hơn tới 65% so với kiến trúc trước đó. Tuy nhiên, TDP của Radeon RX 6800 vẫn là 300W.

Thử nghiệm của chính chúng tôi đã xác minh tuyên bố của AMD về hiệu suất được cải thiện nhiều trên mỗi đơn vị điện năng, nhưng điều đó vẫn không làm mất đi thực tế rằng gặt hái thêm sức mạnh kết xuất đòi hỏi phải cung cấp thêm năng lượng.
Ta có thể lập luận rằng các nhà cung cấp nên làm cho việc giảm nhu cầu điện năng trong các sản phẩm của họ trở nên dễ dàng hơn nhiều, thậm chí có thể để chúng hoạt động ở một số kiểu 'eco mode' nào đó theo mặc định.
Các nhà sản xuất có thể nói rằng họ đã làm điều này rồi, dưới hình thức để chip của họ hoạt động ở nhiều mức xung nhịp khác nhau (ví dụ: Chế độ Turbo, Boost Clock, Gaming Clock) và khiến chúng hạ điện áp đáng kể khi không hoạt động.
Nhưng khi Intel ra mắt CPU Core thế hệ thứ 12 cho máy để bàn của họ, các thông cáo báo chí có rất nhiều tuyên bố về hiệu năng nhưng chỉ có một phần dám đề cập đến mức điện năng.

Thiết kế CPU hoàn toàn mới, kết hợp hai kiến trúc khác nhau trong cùng một khuôn, rõ ràng là một cải tiến so với mẫu máy thế hệ thứ 11 tương đương. Như hình ảnh trên cho thấy, Intel lẽ ra có thể đặt TDP thành 95W và PL2 thành 125W mà vẫn có thể tự hào về hiệu suất cao hơn.
Thay vào đó, họ giữ nguyên các số liệu như trước và chỉ cần cắt giảm 10W khỏi giá trị PL2. Tất cả đều nhân danh việc có một sản phẩm nhanh hơn một chút so với đối thủ cạnh tranh trong một số thử nghiệm nhất định.
Tất nhiên, bạn không cần phải mua những con chip này, nhưng khi đến lúc cần nâng cấp hoặc đơn giản là mua một chiếc máy tính hoặc máy chơi game hoàn toàn mới, bạn có rất ít lựa chọn để chấp nhận những sản phẩm ngốn điện này, bởi vì các mẫu cũ hơn thì không còn sản xuất.
Và mặc dù việc điều chỉnh giới hạn năng lượng cho CPU và GPU tương đối dễ dàng, nhưng có thể cho rằng đây là điều mà người dùng cuối không cần phải làm.
Mọi người nói chung đang thay đổi quan điểm về sản xuất, nhu cầu năng lượng và tác động của nó đối với khí hậu và ví tiền của họ. Mặc dù các sản phẩm cao cấp và sự thèm khát năng lượng vô độ của chúng chiếm tất cả các tiêu đề, nhưng chính sự tăng trưởng ổn định về nhu cầu năng lượng trên toàn bộ phân khúc mới thực sự quan trọng.

Có thể lập luận rằng có quá nhiều nhà sản xuất chất bán dẫn đang mắc kẹt trong một tư duy dường như trái ngược với thế giới ngày nay -- có hiệu năng cao nhất có thể, để vượt qua đối thủ bằng mọi giá.
Dẫu vậy, có chút ánh sáng ở cuối đường hầm. Ví dụ, Apple đã chuyển gần như toàn bộ dòng Mac và MacBook của mình sang sử dụng bộ vi xử lý M1/M2 của riêng họ. Các bộ xử lý kết hợp CPU GPU này được thiết kế để tiết kiệm năng lượng nhất có thể và hiệu năng ngang bằng với các sản phẩm x86 từ AMD và Intel, với nhu cầu điện năng thấp hơn đáng kể (ngoại trừ chơi game).
Máy chủ và máy trạm thường vẫn được trang bị bộ xử lý Intel Xeon hoặc AMD Epyc, nhưng kiến trúc Arm tiết kiệm năng lượng được Apple tận dụng cũng đang lan rộng sang khu vực này luôn. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn đang thay thế máy chủ của họ bằng một số máy được cung cấp sức mạnh bởi các mẫu Altra của Ampere.
Sự thay đổi đang đến -- đôi khi diễn ra chậm chạp, đau đớn, nhưng nó đang đến. Có thể còn nhiều năm nữa chúng ta mới bắt đầu thấy các bộ xử lý mới được ra mắt với yêu cầu năng lượng thấp hơn so với các bộ xử lý tiền nhiệm, nhưng có một số chuyển động trong ngành hướng tới mục tiêu đó.
Trong thời gian chờ đợi, ở cấp độ cá nhân, chúng ta có thể đưa ra một lựa chọn đơn giản: chấp nhận nhu cầu điện năng của phần cứng mới nhất và sử dụng chúng như hiện tại (có hoặc không điều chỉnh một số cài đặt) hoặc bỏ phiếu bằng ví tiền của mình và cho nhà cung cấp biết rằng hàng trăm watt điện là một cái giá phải trả quá cao.

Nguồn: Lược dịch từ bài viết của tác giả Nick Evanson trên TechSpot.

CHUYÊN MỤC NGHỆ THUẬT LÀM GIÀU BỀN VỮNG

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !