Die Krux mit der Verlustleistung: Turbo, Power und TDP erklärt
(PresseBox) - Die Leistungsaufnahme moderner Prozessoren ist ein häufiges Thema bei der Auslegung industrieller Rechnersysteme. Besonders bei kompakten oder lüfterlosen Embedded Lösungen stellt sich oft die Frage, welche Taktfrequenzen im realen Dauerbetrieb tatsächlich erreicht werden können und warum ein Prozessor unter bestimmten Bedingungen früher als erwartet zurückregelt. Dieser Artikel erläutert die technischen Grundlagen und zeigt anhand eines Intel Core i7 13700 aus der 65 Watt Klasse, wie sich Base Power, Turbo Power und thermische Randbedingungen auf die Nutzlast eines Systems auswirken. Als Beispiel dient ein Box PC der SerieMVP-3100vonADLINK Technologyder für industrielle Anwendungen ausgelegt ist und in unserem Testaufbau verwendet wurde.
Wärmeentwicklung und Grundlast moderner CPU-Architektur
Aktuelle Prozessorgenerationen bestehen aus mehreren Kerntypen und besitzen ein komplexes internes Power Management. Dadurch entsteht bereits im Leerlauf eine höhere Grundlast als bei älteren Modellen. Die beobachtete Erwärmung eines Systems auf dem Labortisch ist daher kein Hinweis auf einen Defekt oder eine Fehlkonfiguration. Der i7 13700 mit acht Performance Kernen und hohen möglichen Boost Frequenzen erzeugt eine deutliche Basistemperatur selbst wenn nur Hintergrundprozesse aktiv sind. Diese Grundlast muss bei der thermischen Auslegung eines Systems berücksichtigt werden.
Base Power und Turbo Power imÜberblick
Intel unterscheidet bei seinen Prozessoren grundsätzlich zwischen Base Power und Turbo Power.
Die Base Power beschreibt die Verlustleistung, die sich bei einer dauerhaft komplexen Arbeitslast und der jeweiligen Basisfrequenz einstellt. Beim i7 13700 beträgt dieser Wert 65 Watt und bildet die Grundlage dafür welche Taktrate ein Prozessor unter kontinuierlichen thermischen Bedingungen aufrechterhalten kann.
Die Turbo Power kennzeichnet die maximal kurzfristig abrufbare Verlustleistung sofern ausreichendes thermisches und elektrisches Budget zur Verfügung steht. Diese kurzfristige Leistungssteigerung ermöglicht höhere Taktfrequenzen ist jedoch zeitlich begrenzt. Der Turbo Modus dient dazu Lastspitzen schneller abzuarbeiten ist jedoch nicht als Dauerlast geeignet.
Einfluss des BIOS auf die Leistungsentfaltung
Wie viel Leistung ein Prozessor tatsächlich nutzen darf wird im BIOS eines Systems festgelegt. In industriellen oder lüfterlosen Rechnern werden die Power Limits häufig bereits auf die verwendete Kühllösung abgestimmt.
Der MVP-3100 von ADLINK Technology ist ein robustes lüfterloses System das für den Dauerbetrieb in anspruchsvollen Umgebungen konzipiert wurde. Solche Systeme besitzen meist vorkonfigurierte Power Limits, die verhindern, dass die CPU über längere Zeiträume in Bereichen arbeitet, die die Kühlkonstruktion überfordern würden.
Typischerweise werden Base Power und Turbo Power dort gemeinsam mit einem Zeitfenster definiert, das bestimmt, wie lange höhere Verlustleistungen zulässig sind. Die Anpassung dieser Werte ist ein zentraler Bestandteil der Systemintegration, da sie unmittelbaren Einfluss auf die tatsächliche Rechenleistung im Dauerbetrieb hat.
Warum Turbo Frequenzen nicht dauerhaft gehalten werden können
Die höheren Frequenzen im Turbo Modus sind konstruktionsbedingt nur für einen begrenzten Zeitraum nutzbar. Zunächst limitiert das elektrische Power Budget anschließend der thermische Zustand des Prozessors.
In einem praktischen Test mit dem MVP-3100 lässt sich beobachten, dass der Prozessor für etwa 15 Sekunden mit erhöhter Verlustleistung arbeitet. Danach fällt er auf die Base Power zurück und stabilisiert sich. Sobald die interne Temperatur wieder niedriger ist, kann der Turbo erneut für kurze Zeit aktiviert werden.
Für Anwendungen mit hoher Einzelthread Belastung ist es daher entscheidend nicht nur die theoretischen Maximalwerte, sondern auch die zeitlichen Verläufe der Last zu betrachten.
Temperaturgrenzen und das thermische Regelverhalten
Die maximale Kerntemperatur aktueller Intel Prozessoren liegt im Bereich von etwa 100 Grad Celsius. Erst bei Annäherung an diese Grenze beginnt die CPU den Takt automatisch zu reduzieren.
Dieser Regelprozess erfolgt schrittweise. Zunächst wird der Turbo stufenweise abgeschwächt, bis er auf den Grundtakt reduziert wurde. Wenn dies nicht ausreicht, um die Temperatur zu stabilisieren, tritt thermisches throttling ein. Bei kritischen Konstellationen wie fehlendem Kühlerkontakt oder einem ausgefallenen Lüfter folgt schließlich eine Notabschaltung um Schäden zu vermeiden.
Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Kerntemperatur und Boardtemperatur. Eine Kerntemperatur von 60 bis 90 Grad im normalen Betrieb ist unkritisch und entspricht dem vorgesehenen thermischen Verhalten moderner Prozessoren.
Umgebungstemperatur als Einflussfaktor
In industriellen Anwendungen ist die Umgebungstemperatur ein wesentlicher Parameter. Je höher sie ist, desto geringer ist der thermische Spielraum des Systems.
Ein Test bei 45 Grad Umgebungstemperatur zeigt deutlich, dass die Turbo Phase erheblich kürzer ausfällt und der Prozessor früher auf niedrigere Taktraten zurückregelt. Hersteller industrieller Systeme wie ADLINK geben daher üblicherweise Mindestanforderungen an den Luftfluss an damit die Kühlung auch unter realen Einsatzbedingungen zuverlässig funktioniert.
Schlussfolgerungen für die Systemauswahl
Für die Auswahl eines passenden Embedded Systems lassen sich mehrere Schlussfolgerungen ziehen.
Der maximale Turbo Wert eignet sich nicht als Indikator für die dauerhaft verfügbare Rechenleistung. Kerntemperaturen im Bereich von 60 bis 100 Grad sind für moderne Prozessoren normal und kein Hinweis auf thermische Überlastung. Umgebungstemperatur und Luftfluss haben wesentlichen Einfluss darauf wie viel Rechenleistung im Dauerbetrieb zur Verfügung steht. Eine geeignete BIOS-Konfiguration und eine darauf abgestimmte Kühllösung sind Voraussetzung für reproduzierbare Leistungswerte insbesondere bei kompakten oder lüfterlosen Systemen.
Weiterführend
Eine detaillierte Betrachtung der beschriebenen Effekte findet sich in der aktuellen AskChristof Folge in der die Zusammenhänge anhand praktischer Messungen demonstriert werden.
Jetzt das AskChristof Video ansehen und die vollständigen Tests nachverfolgen:
https://youtu.be/0tz10sM_di4
In den zurückliegenden 30 Jahren haben wir uns vom Distributor zu einem erfolgreichen System Integrator entwickelt, der gemeinsam mit den Kunden individuelle Embedded-Lösungen erarbeitet.
Unser Produktspektrum umfasst Embedded PCs unterschiedlichster Bauformen, industrielle Display-Lösungen inklusive verschiedenster Touchtechnologien und 19"Rackmount Server mit redundanten Komponenten zur Sicherstellung der maximalen Ausfalls-, Funktions-, und Betriebssicherheit. Passende Accessories, wie Memories, SSDs und Starterkits, runden unser Angebot ab.
Wir beraten und unterstützen von der Systemanalyse über die Produktauswahl und der Prototypenentwicklung bis hin zur Serienfertigung. Mit unserem einzigartigen Service erhalten Sie alles aus einer Hand. Wir begleiten Sie lückenlos vom Pre- bis zum After-Sales persönlich, individuell und flexibel. Weitere Informationen über Aaronn Electronic GmbH finden Sie unter www.aaronn.de
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Datum: 24.02.2026 - 14:24 Uhr
Sprache: Deutsch
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