TDP – Thermal Design Power

Abkürzung: TDP

Die Thermal Design Power ist eine Auslegungsgröße: Sie gibt an, welche Wärmeleistung ein Kühlsystem dauerhaft abführen muss, damit ein Prozessor oder Grafikchip unter typischer Volllast nicht überhitzt. Angegeben wird sie in Watt.

Gemessen wird damit nicht, was ein Chip aus der Steckdose zieht. Die tatsächliche Leistungsaufnahme kann kurzzeitig deutlich darüber liegen und im Leerlauf weit darunter. Die TDP beschreibt den Wert, auf den der Kühler dimensioniert wird — nicht mehr.

Was die Hersteller darunter verstehen

Eine einheitliche Definition gibt es nicht. Wer TDP-Werte verschiedener Hersteller vergleicht, vergleicht verschiedene Größen.

Intel hat den Begriff mit der 12. Core-Generation (2021) für Desktop-Prozessoren aufgegeben und durch zwei Werte ersetzt: Processor Base Power für den Dauerbetrieb und Maximum Turbo Power für die Leistungsspitze. Beim Core i9-12900K sind das 125 W und 241 W — der Turbo-Wert liegt fast beim Doppelten.

AMD gibt weiterhin eine TDP an, begrenzt die Leistungsaufnahme aber über einen eigenen Wert, das Package Power Tracking (PPT). Auf dem Sockel AM4 liegt die PPT beim 1,35-Fachen der TDP: Ein Prozessor mit 105 W TDP darf dauerhaft 142 W aufnehmen.

Grafikkarten werden meist mit TGP (Total Graphics Power) oder TBP (Total Board Power) angegeben, die die ganze Karte einschließlich Speicher und Spannungswandlern umfassen.

TDP im Rechenzentrum

Für die Rechenzentrumsplanung ist die TDP der Ausgangspunkt, aber nicht das Ergebnis. Das zeigt ein Beispiel mit aktuellen KI-Beschleunigern:

Die GPUs machen etwas mehr als die Hälfte der Systemleistung aus. Der Rest entfällt auf Prozessoren, Speicher, Netzwerkkarten, Lüfter und Netzteilverluste. Wer Racks über die TDP der Chips plant, plant zu knapp.

Ein DGX B200 belegt 10 Höheneinheiten. Vier davon passen physisch in ein Rack mit 42 HE — zusammen 57,2 kW. Ob das Rack diese Leistungsdichte tragen kann, entscheiden Stromzuführung und Kühlung, nicht der Platz.

Warum die Zahl die Kühlung entscheidet

Die gesamte aufgenommene Leistung wird im Rack zu Wärme. Steigt die TDP der einzelnen Chips, steigt nicht nur die Summe, sondern vor allem die Wärmestromdichte am Chip: Die Wärme muss von einer Fläche weniger Quadratzentimeter abgeführt werden. Mehr Luftmenge hilft dabei nur begrenzt, weil der Wärmeübergang vom Kühlkörper an die Luft der Engpass ist.

Daraus folgt der Übergang zu Wasserkühlung am Chip und zur Immersionskühlung. Die TDP ist in Datenblättern deshalb inzwischen eine der Zahlen, an denen sich ablesen lässt, ob ein Gerät überhaupt luftgekühlt betrieben werden kann.

Was passiert, wenn die Kühlung nicht reicht

Reicht die Kühlleistung nicht aus, senkt der Chip Takt und Spannung, um seine Temperatur zu halten — das Thermal Throttling. Er fällt nicht aus, wird aber langsamer. Im Rechenzentrum bleibt das oft unbemerkt, weil kein Fehler gemeldet wird, sondern nur die Rechenleistung sinkt.

Abgrenzung

Leistungsaufnahme. Die tatsächlich bezogene elektrische Leistung. Schwankt mit der Last und kann die TDP kurzzeitig übersteigen.

Anschlussleistung. Die Leistung, für die Stromversorgung und Absicherung ausgelegt werden. Ergibt sich aus der Systemleistung, nicht aus der Chip-TDP.

Thermal Throttling. Die Schutzreaktion, wenn die abgeführte Wärme hinter der erzeugten zurückbleibt.