理性思考 CPU 降频到底能不能省电？

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V2EX 提问指南

这是一个创建于 3160 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

假设降频前后 CPU 的总运算量相同，即需要执行同样的任务。

降频前功率为 P ，频率为 F ，需要时间为 T ，所以消耗能量为 PT 。

降频后频率为小于 F 的一个值，为 a * F ， 0<a<1
然而此时功率应该是要大于 b * P ，因为 CPU 有一些额外损耗 b 应该大于 a 。

所以呢，消耗能量为 T/a * b * P > PT, 所以消耗能量应该是更多了

降频

CPU

消耗

能量

28 条回复 • 2016-03-17 09:39:18 +08:00

lhbc

2016-03-15 22:25:49 +08:00 via Android

《 4 句话让你明白睿频技术》……

Devin

2016-03-15 22:26:19 +08:00 via iPhone

一般说的降频应该是空闲时降频吧

Bardon

2016-03-15 23:05:19 +08:00

差别在于空闲时那颗 U 运行在哪个频率，这里说的空闲并非指 CPU 负载 0%。

举个例子，桌面版 CPU 负载在 20%时，可能就往上跳一个频率，低压版可能要到 30%或 40%才网上跳一次

此时，两颗 U ，在某系统中同时维持在负载 25%时，功耗差别就来了。

如果你 CPU 一直在 0%~1%之间转悠，那真没啥区别，额外的损耗可以忽略了。

以上纯臆测

Bardon

2016-03-15 23:09:26 +08:00

不对，针对楼主的提问
如果相同的运算量的功耗，差别应该不大，问题很多人锁频，不在于功耗，在于一个时间段的机子发热...

zmj1316

2016-03-15 23:10:15 +08:00

我认为是省电的，虽然体验会差，理由是 CPU 最低频率是有一个限制的，只要没有休眠，频率至少会高于这个值，如果我将频率限制在这个最低值，那么虽然应用会运行更长时间，但是相当于把空闲时多余的算力用上了，耗电量一定是处于最低的。
不知道这么理解对不对。

seki

2016-03-15 23:15:49 +08:00

所以空闲时候才降频……

Bardon

2016-03-15 23:37:23 +08:00

@zmj1316 我觉得楼主的意思是满功耗状态
譬如 3.2G 下满负载 1 分钟
锁到 1.6G 下满负载 2 分钟

当年 linux 下笔记本上也玩过锁屏，当初主要的目的还是机子发热。

sandideas

2016-03-16 00:21:56 +08:00 via iPhone

CPU 的功耗正比与电压的平方。

honeycomb

2016-03-16 01:05:27 +08:00

从仅考虑 CPU 部分的功耗的情况下，单位电能可以完成的运算量，(频率足够高时，大约 30% Fmax 或更低，也可能更高，随着处理器 /架构 /其它因素不同而不同)会随着频率升高而降低

这是由 CMOS 电路的动态功耗(和电压平方呈正比)与漏电特性(电压的指数函数)决定的

这个时候“因为 CPU 有一些额外损耗 b 应该大于 a ”是次要的问题

http://www.anandtech.com/show/9330/exynos-7420-deep-dive/5

tobyxdd

2016-03-16 09:19:08 +08:00 via Android

主要看发热

DT27

2016-03-16 09:26:29 +08:00

还要考虑频率高了不止 CPU 自己耗电高了，为了散热风扇耗电也高了。
频率低了虽然耗时长了，但是风扇那部分电量也省了。

yydcool

2016-03-16 09:52:13 +08:00

@DT27 我光考虑手机环境了，没想到散热的部分

wohenyingyu01

2016-03-16 09:59:55 +08:00

频率和功耗有必然的联系么， 6700k 4ghz 的时候默认电压是 1.314v ，我超到 4.4 ，电压稳定到 1.280v ，此时功耗应该更小了吧。频率无所谓，电压才是关键。 P=UI🤔

ming2281

2016-03-16 10:05:52 +08:00

能
但是降低体验(可能)

省点的话,应该先干掉大头, CPU 不是大头

deanguqiang

2016-03-16 10:10:08 +08:00 via iPhone

@wohenyingyu01 这么算是不对的。理论上数字电路的动态功耗跟频率成正比，因为频率越高单位时间内寄生电容的充放电次数就越多，电流也就越大。

imn1

2016-03-16 10:28:07 +08:00

省电概念不能忽略时间轴（单位时间内），否则能量守恒，区别只是有效功

huijiewei

2016-03-16 10:31:32 +08:00

前提是你能一直跑满载，但是桌面电脑可以吗？

wohenyingyu01

2016-03-16 11:37:39 +08:00

@deanguqiang 我只是个文科生，没学过数字电路，不过网上测评来看频率和功耗并非线性关系：

zingl

2016-03-16 11:38:54 +08:00

LZ 的推导槽点太多，不忍卒读

deanguqiang

2016-03-16 12:26:51 +08:00 via iPhone

@wohenyingyu01
所以说理论上。
实际电路会复杂的多，因为 cpu 可能会根据负载动态调节频率或者 clock gating 等，还有漏掉影响。

msg7086

2016-03-16 12:36:36 +08:00

满载还降频真是想不开

mactaew

2016-03-16 13:03:50 +08:00 via iPhone

感觉这个跟开车如何省油是一样的，高频率低负载，汽车就是高速率低转速

Tink

2016-03-16 13:05:22 +08:00

槽点太多

ffffwh

2016-03-16 13:08:39 +08:00 via Android

@sandideas
re 这个

wwthappy

2016-03-16 13:38:16 +08:00

单纯一个 mos 来说,p=vf^2,p 是功率,v 是电压,f 是频率. 但是鉴于 cpu 有很多 mos 管,计算量大的时候工作的多,计算量小的时候工作的少,所以不会满足这个公式.如果限定一下:计算量一样大,那就是满足这个公式的. 由于能耗还和 t 时间有关系,so 楼主自己算去吧

eirk2004

2016-03-16 16:15:30 +08:00

测试表明，高频低负载要比低频高负载省电。
可以把 CPU 干某件事脑补成一项 100 人运水的工作：高频高负载=100 人扛 100 桶水，高频低负载=100 人扛 50 桶水，低频高负载=50 人扛 50 桶水。
而且频率和功耗的所谓线性关系，只能维持在某个频率内。降频主要是防止过热造成损害。

wohenyingyu01

2016-03-16 21:42:18 +08:00

@deanguqiang 本着文科生对理科的求知欲，下班做了个对比试验，但是由于 core voltage 的决定条件太多了，无法做到控制变量。还好我用的是纯数字电源，用驱动可顺利读出精确到 0.1w 的功耗：

在 4.4ghz 时，闲置电源输出功率约为 88.3w ，满载时输出功率为 151.8w ，输入功率为 169.6w ，电源损耗功率为 17.8w ，此时核心电压为 1.328v ：

在 4.0ghz 时，闲置电源输出功率为 87.1w ，满载输出功率为 134.2w ，输入功率为 151.5w ，电源损耗功率为 17.3w ，此时核心电压为 1.232v ：

这个 cpu 理论上的 tdp 为 90w ，超频 10%满载功耗相差 17.6w ，即提高了约 20%。

deanguqiang

2016-03-17 09:39:18 +08:00

@wohenyingyu01
我没有测试过 CPU 的功耗，这里面有太多的不可控变量，比如 core 电压变化，静态电流也没有刨除，所以不好计算。
对简单的数字电路我倒是测过，动态电流是跟频率严格线性的。