Depuis bientôt trente ans, le refroidissement du processeur d’un PC est dévolu à ce que l’on appelle un ventirad. En l’espèce, il s’agit d’un mot-valise destiné à rassembler les deux principaux éléments constitutifs du produit à savoir un radiateur – ou dissipateur thermique – et un ventilateur.
Pour autant, depuis quelques années, le ventirad doit faire avec des processeurs générant toujours plus de chaleur – leur TDP grimpe nettement – rendant leur tâche plus difficile. À Ginjfo, nous nous sommes posé la question de cette évolution du TDP et de son impact sur les ventirads actuels… et à venir.
A – Qu’est-ce que c’est que le TDP ?
Sigle anglais pour Thermal Design Power, TDP pourrait être traduit en bon français par « enveloppe thermique ». Exprimée en watts, cette notion détermine le transfert thermique dont doit bénéficier un processeur pour être en mesure de fonctionner correctement.
Préciser le TDP d’un processeur est un élément très important dans la conception et le montage d’un PC car de cette valeur va dépendre le système de refroidissement mis en place afin que, justement, le processeur ne soit pas en surchauffe. À l’inverse, tout ayant un coût, il est inutile d’avoir un système de refroidissement surdimensionné.
Année après année, génération après génération, la gravure des cœurs des processeurs AMD ou Intel s’est affinée. En 2011, on parlait de 32 nm alors que nous tendons aujourd’hui vers le 5 voire le 3 nm. Cette finesse permet de réduire la tension d’alimentation du processeur et, par effet Joule, de réduire les pertes donc la consommation, donc l’échauffement.
À contrario, les concepteurs de processeurs profitent de cette plus grande finesse pour caser toujours plus de transistors au sein de leurs puces. Cette augmentation du nombre de transistors – multiplié par 30 en dix ans – est à l’origine d’un échauffement plus important lequel est aussi associé à une augmentation des fréquences de fonctionnement.
L’un dans l’autre et sans même tenir compte de nouveautés techniques comme l’intégration d’un contrôleur graphique ou la présence de contrôleurs d’entrées/sorties, le TDP des processeurs modernes s’est envolé, même s’il n’est pas présenté de la même manière chez AMD ou chez Intel.
Le TDP selon Intel
Si le TDP se mesure en watts et que cela ne pose évidemment aucun problème à Intel comme à AMD, leurs méthodes de calcul ne sont pas les mêmes. Ainsi, Intel a pour habitude de travailler à partir des fréquences de base de ses processeurs. Dans l’absolu, cela permet de comparer les choses entre diverses catégories de processeurs, certaines étant dotées de fréquences boost plus élevées.
Cependant les fréquences boost constituent une caractéristique indissociable des processeurs modernes. Les besoins en refroidissement ne peuvent donc pas se résumer à cette puissance de base. Par exemple elle est fixée à 125 Watts pour le Core i9-14900K tandis que la puissance Turbo max grimpe à 253 Watts. Dans l’immense majorité des cas, la consommation effective du processeur sera supérieure à son TDP de base et le prendre comme référence pour définir la solution de refroidissement peut nettement réduire la montée en fréquence boost.
Le TDP selon AMD
Si la notion de TDP est compliquée chez Intel, elle se montre plus simple et réaliste chez AMD. En effet, AMD calcule son TDP en prenant en compte la fréquence boost maximale telle qu’il la définit pour chacun de ses produits.
De plus, il n’est pas compliqué de trouver la formule appliquée par AMD pour le calcul du TDP de ses processeurs. Dans le cas d’Intel, il est peut-être possible de l’obtenir, mais nous n’avons jamais pu mettre la main dessus. Chez AMD, il s’agit donc d’une formule prenant en compte la température du boîtier et la température ambiante notamment. Nous vous la communiquons, mais n’entrerons pas dans le détail et, pour en savoir plus, nous vous invitons à consulter Gamer’s Nexus (en anglais).
TDP (Watts) = (tCase°C – tAmbient°C)/(HSF θca)
Comment be quiet! Interprète-t-il la notion de TDP ?
Alors que les deux principaux concepteurs de processeurs ne considèrent pas l’enveloppe thermique de leurs produits de la même manière, se pose logiquement la question du traitement de cette information par les fabricants de solutions de refroidissement. be quiet! : Martin Pajenkamp, spécialiste produit de la marque, nous a répondu.
GinjFo : Comment be quiet! définit-il le concept de TDP ?
be quiet! : Les interprétations du TDP étant si différentes entre les deux principaux fabricants de processeurs, nous essayons de nous éloigner de l’utilisation du TDP comme déterminant des performances de refroidissement. Nous pensons que cela n’offre pas beaucoup de valeur aux consommateurs finaux, car même les valeurs officielles du TDP du processeur peuvent être facilement dépassées avec des limites de puissance désactivées et un boost d’horloge automatique. Au lieu de cela, nous avons créé un système pour donner aux clients des recommandations basées sur des tests en conditions réelles (lien vers la vérification du refroidisseur de processeur : https://www.bequiet.com/fr/cpucoolercheck).
Néanmoins, nous imprimons toujours une valeur TDP sur nos boîtes de refroidisseurs à air, mais celles-ci ne doivent être utilisées que pour comparer les refroidisseurs be quiet! entre eux : ce sont des valeurs références pour avoir un élément de comparaison. Pour déterminer ces valeurs, nous montons le refroidisseur sur une plaque chauffante. La chaleur résiduelle en watts que la plaque chauffante émet à ce moment-là est le TDP que nous imprimons sur la boîte.
GinjFo : Pourriez-vous expliquer l’interprétation du TDP dans le domaine du refroidissement par air ? En ce qui concerne la conception des refroidisseurs à air, comment prenez-vous en compte le TDP ?
be quiet! : Vous pouvez utiliser une règle empirique pour déterminer approximativement le TDP possible en fonction du nombre de caloducs. Un bon caloduc de 6 mm de diamètre et sans coude peut dissiper environ 60 watts de chaleur perdue. À chaque coude, les performances chutent. La plupart des caloducs auront de 4 à 6 coudes, ce qui réduit leur capacité à environ 40 watts chacun. Ainsi, pour refroidir 240 watts de chaleur perdue, vous devrez concevoir un refroidisseur avec au moins 6 de ces caloducs.
GinjFo : Directement liées aux questions précédentes, comment les différences architecturales entre AMD et Intel affectent-elles la conception des refroidisseurs à air ?
be quiet! : AMD utilise une conception de chiplet depuis l’introduction du Ryzen 1000. Les CCD et donc les points chauds sont situés plus bas depuis le Ryzen 7000. Le point chaud doit toujours être couvert par autant de caloducs que possible, ou par toute la surface de la plaque froide, qui joue un rôle majeur pour la conception des refroidisseurs à air. Un autre point est la forme de la plaque froide, qu’elle soit convexe ou concave. Nous avons trouvé un bon compromis avec une plaque froide légèrement concave.
GinjFo : Comment la différence de calcul du TDP entre AMD et Intel entre-t-elle en jeu ? Pourriez-vous détailler les évolutions de conception plus anciennes et surtout plus récentes des refroidisseurs à air en raison de l’augmentation du TDP ?
be quiet! : L’un des défis a certainement été que les points chauds deviennent plus petits et ne sont plus toujours centrés. Nous avons répondu aux exigences accrues de dissipation de chaleur principalement avec de meilleurs ventilateurs et un régime maximal plus élevé. Par exemple, le ventilateur Silent Wings 135 mm du Dark Rock 4 avait un régime maximal de 1 400 tr/mn, tandis que le Silent Wings 4 120 mm du Dark Rock 5 le fait monter jusqu’à 2 100 tr/mn. Nous avons veillé à ne pas compromettre la possibilité d’un fonctionnement silencieux et le Dark Rock 5 peut fonctionner à très faible régime lorsque le processeur n’est pas soumis à une charge importante.
Le Dark Rock Elite à l’épreuve du TDP
La notion de TDP explicité, il apparait que les choses ne sont pas forcément très claires – ou au moins très simples – pour le consommateur entre AMD et Intel. Après tout, il n’y a rien de vraiment officiel et rien qui oblige les deux principaux pourvoyeurs de microprocesseurs à simplifier la comparaison entre leurs gammes. On pourrait même dire qu’il est de bonne guerre pour l’un et l’autre de tirer la couverture à lui en mettant en avant les mesures qui l’arrangent.
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À GinjFo, nous avons malgré tout essayé d’avoir une approche globale et, pour ce faire, nous avons mis l’un en face de l’autre des processeurs relativement récents et assez similaires, en fonction aussi de ce que nous avions sous la main.
Nous avons donc utilisé d’un côté le Ryzen 9 7900X d’AMD avec ses 12 cœurs/24 threads et sa fréquence maximale en boost de 5,6 GHz. De l’autre côté, c’est un Core i7-13700K d’Intel qui a été retenu. Il est doté de 8+8 cœurs/24 threads pour une fréquence maximale en boost un tout petit peu inférieure, à 5,4 GHz.
Nos deux configurations, identiques autant que possible, sont détaillées ci-dessous :
- Carte mère MSI MAG X670E Tomahawk WiFi et ASUS ROG Strix Z790-E Gaming WiFi II,
- Mémoire vive G.Skill Ripjaws S5 DDR5-5600 CL28 (2x 16 Go),
- Carte graphique MSI GeForce RTX 4080 Gaming Trio X,
- SSD Kingston KC3000 2 To,
- Alimentation be quiet! Straight Power 12 (1200 watts).
Enfin, nous avons monté l’un des ventirads les plus performants actuellement sur le marché, le modèle le plus costaud de chez be quiet!, le Dark Rock Elite.
Nous avons commencé nos mesures en faisant varier dans le BIOS le TDP de chacun des deux processeurs en commençant bien en-dessous des spécifications officielles AMD/Intel pour les atteindre progressivement puis, les dépasser.
À ce petit jeu, on voit qu’un ventirad moderne est parfaitement capable de tenir la cadence imposée par un processeur musclé jusqu’à un TDP de 150 watts. Là aucun problème et les températures mesurées sont loin de toutes les limites de sécurité. On peut opérer les yeux fermés.
En revanche, vous le remarquerez aisément, dès lors que l’on atteint un TDP de 200 watts, les choses se compliquent. Chez Intel, on reste juste sous la limite des 80°C, mais chez AMD, on la dépasse déjà. Cela dit, à 82°C, nous sommes encore dans les conditions prévues par AMD. Pas d’inquiétude.
Forcément, avec un TDP de 230 watts, nous touchons aux limites d’un ventirad qui, rappelons-le, opère au maximum de rotation de ses ventilateurs. Chez AMD, le throttling est atteint : le CPU se met en sécurité et réduit de lui-même sa fréquence pour éviter tout dommage. Chez Intel, on conserve une (petite) marge de manœuvre, mais il sera compliqué d’aller beaucoup plus haut et on comprend les soucis rencontrés par certains utilisateurs de Core i9-14900K par exemple.
Conclusion
En conclusion, malgré la montée en puissance des processeurs modernes, le refroidissement par air n’est pas du tout « largué » comme certains fabricants de solutions à eau pouvaient le sous-entendre. Il s’adapte même plutôt bien à l’augmentation du TDP de nos puces et convient à la très grande majorité des processeurs actuellement en vente. L’avenir ne semble pas davantage compromis avec des générations futures (Zen 5 / Arrow Lake) qui devraient conserver des TDP assez similaires.
De fait, on comprend beaucoup mieux la politique de certaines grandes marques du refroidissement comme be quiet!. Elles proposent de multiples solutions « à air / à eau » de sorte que les usagers puissent choisir en fonction de leurs envies et de leur budget, le refroidissement par air convenant dans la majorité des cas et offrant, souvent, des tarifs plus avantageux.
