Super class (210)
laptop often said PL1, PL2 in the end how it affects CPU performance?
In many types of mobile CPU platform, with standard power consumption of CPU 45W, 28W Apple customized low-power CPU, 15W low-power CPU and less than 15W of ultra-low power CPU. In the past, different CPU power consumption not only in power, on paper performance also has a very large gap. But with the development of mobile CPU platform, the current differences between different CPU power consumption smaller and smaller, almost only difference between the power consumption of some products. This also resulted in the current prevalence of TDP vacuity.
Currently mobile platform processors actual power consumption is far more than the nominal TDP. To play this common Intel Core i7-9750H for example, when the single-core CPU full power of this CPU Package 6 core 12 thread is about 23W, if all the cores are loaded with such frequency, then the actual power consumption can be easily breakthrough 100W. But this is not so, the whole core Core i7-9750H low frequency than single-core 0.6GHz, it will be measured on full power about 90W. But the official document with only 45W TDP of this CPU, this is because the vast majority of notebook cramped interior space is not sufficient to withstand so much heat. But if this really pressing 45W power operation, all full nuclear Turbo is almost impossible to appear, in fact, the performance will very general. PL1 and PL2 then introduced in the two shackles of the mobile platform to adjust the actual performance of the CPU.
What is PL1, PL2? What is its role?
PL is the abbreviation PowerLimit, as the literal meaning of the above is to limit the power consumption of the CPU, with different desktops, notebooks such limited internal space, heat dissipation is particularly important. As I mentioned earlier opened the power running i7-9750H can easily be close to 100W, such as fever, if not to limit, the vast majority of laptops are too much. But if it is limited to TDP of 45W, the performance will be greatly impaired, you can see the current mobile platform CPU base frequency is very low, but can easily exceed many of the fundamental frequency of the actual use, almost all the time in Core frequency.
So in a notebook on the CPU prescribe shackles, PL1 and PL2. Power Limit 1 is also called long-Turbo power consumption, CPU load in a long time, will finally stop to this basic power consumption can be said to be a fact of notebook CPU TDP. Power Limit 2, also known as short-Turbo power consumption, usually higher than PL1 many, is the highest-power CPU that can be achieved in a short time loads, which is the upper limit of CPU performance of a laptop.
Of course, there are also PL1 in this desktop CPU, PL2, but are unlocked by default, the value is also filled with its own board play. So mobile platform will have a "false Turbo", "3 seconds real men" like to say, but this is actually not accurate.
The following projects illustrate the actual role of PL1 and PL2. The first set of tests PL1 and PL2 set the same, so i7-9750H to 45W run Cinebench R15. Since PL1 = PL2, so in fact there is only PL1 restrictions.
The second set of tests PL1 locked 45W, PL2 is set to 60W, also running Cinebench R15.
We can see the score on the presence PL1 improved a lot, through the power curve can be seen, at the beginning of the project, CPU running at 60W PL2, and after reaching the Turbo time or hit the wall temperature, CPU power consumption compared to only Quick start to fall, eventually stabilized at around PL1 45W, due to the completion time is faster so the sooner curve back down to normal levels. In the case of other conditions remain unchanged, the higher frequency means higher power consumption, higher performance naturally.
Here roast with a single scene FPU instructions Under normal circumstances notebook under load for a long time how it works.
This machine is MSI GS65 9SE, CPU is i7-9750H, PL2 90W, PL1 55W, considered a more radical setting.
可以看到开始时CPU以PL2模式运行，功耗达到了86.99W，此时已经跑满了i7-9750H的全核最大睿频4GHz，CPU温度快速上升，很快就到达了96°C。PL2结束的方式有两种，一种是撞到温度墙，一种是达到PL2的时间自动停止。对于这台机器来说，很明显是撞到了温度墙，撞墙后CPU功耗开始快速回落，最终稳定在PL1的55W，温度也回落到84°C，频率从一开始的4GHz，最终降到了3.0-3.1GHz左右。
所以在通常情况下，一台笔记本的PL1与基本上就是实际的TDP，厂商也基本按照这样的发热标准去设计模具。而PL2通常是超过这个平台的散热能力的，在短时间内超负荷运转可以最大化平台CPU性能带来更好的使用体验，例如打开网页，打开应用之类的短时操作。随着负载时间的增加，PL2的作用越来越小，PL1为平台的CPU性能兜底。从下面一个例子就能很好的看出来PL2对于性能的作用，这台机器是雷蛇的灵刃15，同样是i7-9750H，PL1 45W PL2 60W，降压0.1V。
因为R15的测试时间较短，许多笔记本将PL2定的很高会在第一轮测试时取得非常好的成绩，因为第一轮测试时CPU温度上升最慢，笔记本处于PL2模式的时间会相对较长。几乎所有的笔记本在进行Cinebench R15循环时的曲线都和图中相似，所以第一次运行R15或者其余的跑分软件测出来的性能其实是短时间内这台机器能够提供的最强性能。
当反复运行R15时，可以看到CPU处在PL2的时间大大缩短，此时PL1的设定对于最终成绩影响很大，通过20轮循环负载，则可以看到一台笔记本真正的性能释放水平。
所以在实际上，一台笔记本的性能是由散热决定的，对于同样一颗CPU，散热更好的模具可以设置更高的PL1与PL2而得到更出色的性能释放。而这个结论反过来则完全不成立，例如Dell G3的PL1 60W，PL2 90W。标的数值相当高，但是持续性能释放却一塌糊涂，这就是DPTF的介入。 DPTF是Dynamic Platform and Thermal Framework，动态平台和散热框架的简称，作为限制性能的一部分，会在平台过热时强行降低PL1以保证系统处在温度相对正常的水平，一般在轻薄本中较为常见。
那么在散热没有问题的情况下，对于同一颗CPU相同的PL1与PL2一定能带来相同的性能吗？其实也不是，有一种能够在PL不变提高性能的方式就是降压。 降压提升性能的原理其实很简单，因为降低电压会让CPU的发热降低，但是由于PL1是低于实际上CPU能够跑到的功耗的，所以CPU会让主频上升使得CPU的功耗重新回到PL1，主频提升性能自然就提升了。所以一颗CPU的性能最终还是以频率体现的。
接下来通过具体例子感受一下简单的降低主频提升性能的效果。
在默认状态下，技嘉AERO 15的PL1为52W无降压，雷蛇灵刃15标准版为45W 降压0.1V。可以看到虽然功耗低了7W但持续性能几乎相同，这就是降压的神奇效果。
厂商又是怎么做的
所以看了这么多例子也不难发现实际上笔记本厂商是怎么发挥CPU性能的，无外乎以下几种：
1.自暴自弃降频的
2.动态调节功耗的
3.散热无敌的
4.出厂降压提升性能的
第一种在一两年前非常常见，特别是在低压U平台上。由于移动低压U从8代开始核心数量翻倍，使得很多厂商一时间不知道如何解决发热问题，只能硬着头皮在轻薄本中塞入4核8线程的i5-8250U，有些机型例如ThinkPad X280单烤甚至被DPTF调节至只有10W功耗，连TDP的15W都没到。
从今年开始，大部分厂商的轻薄本都更新了模具，并且基本上都利用了DPTF，这也就是第二种。在原理上与第一种其实是类似的，但是与第一种不同，此时的DPTF是用来配合温度墙追求极限性能的。
追求极限性能的代表就是苹果MacBook Pro。以MacBook Pro 16为例，i9-9880H机型的PL1为 100W PL2为125W，在功耗上完全放开，仅靠100°C的温度墙加以限制防止机器过热损坏，之后系统动态调节CPU功耗使得系统在满载时CPU稳定在100°C，完全榨干机器的散热能力。
在Windows阵营相似的有联想ThinkPad X1 Carbon，在Gen 6机型上，X1C的PL1和PL2都为51W，这远远超过了这台机器的散热能力，通过97°C的温度墙使得这台机器满载时CPU温度始终在97°C不变，而CPU Package功耗通过DPTF动态调节。
第三种完全就是模具散热性能碾压，即使放开了跑，CPU也不会过热，典型例子就是大量的游戏本。以联想Y7000为例，在野兽模式下的PL1 70W PL2 107W，作为万元内散热最强的一线游戏本，单烤FPU时i7-9750H能保持在全核3.3GHz左右，相当夸张。
最后一种是我个人最欣赏的，并且效果非常直观有效的方法。在民间对于一些散热不佳的机型，除了换硅脂垫高以外，通过XTU降压也是非常重要的解决散热问题的方法。但是很少有厂家会选择出厂降压，毕竟每颗CPU的体质不同，都进行降压可能会出现稳定性上的问题。但目前来看，标压CPU降压0.1V是比较安全的。雷蛇灵刃15与17都是出厂降压的机型，所以即使PL1 PL2不是那么的激进，CPU的性能依然非常不错，而且发热也因此得到了控制。对于轻薄机型来说，这是一个非常高性价比的方案，即在不改变本身散热水平的情况下提升性能。
然而情况在今年下半年出现了变化，Comet Lake-U的出现使得高性能轻薄笔记本有了新的解决方案。即低压CPU拉高Power Limit当标压CPU用。当然代表机型就是下半年最火的全能轻薄本，联想小新Pro 13。在以往低压与标压CPU除了核心数量的区别外还有一些其他部分的缩水，在进入8代以后，核心数量虽然弥补上来了，但是也只能和标压i5相比，并且在PCIe通道和内存频率上还是不行。
到了10代Comet Lake-U，i7-10710U不仅在核心数量上，内存与PCIe通道都与9代标压i7保持一致，并且六核最大睿频仅落后i7-9750H 0.2GHz。并且需要注意的是，Comet Lake-U的能耗比相比于Coffee Lake-H有着巨大提升，以联想小新Pro 13的35W PL1的i7-10710U为例。
相比于标准的i7-8750H，在功耗低了10W的情况下性能却超过了45W PL1的i7-8750H接近5%，具有相当高的能耗比。这也不难理解为什么i7-10710U的采购价要高出i7-9750H接近50美元了。
目前除了联想小新Pro 13以外，还有一款机型也是同样的思路，就是微星的新款Prestige系列，其中Prestige 15更是将i7-10710U的PL1拉到了45W，变成了完完全全的标压U，这让我对它的性能表现很是期待。
XTU调节：自己动手丰衣足食
上文提到了降压提升性能，对于大部分标压平台CPU都是可以通过XTU自行调节的，上手也很简单，就拿AERO 15做一个示范了。
打开XTU，在Advanced Tuning界面下可以看到许多选项。Core Voltage Offset就是设置CPU电压，对于标压CPU来说，降低0.1V是一个安全范围。Turbo Boost Short Power Max就是我们所说的PL2，可以设定的高一些，下方为PL2的持续时间，直接拉满就行，最终能够持续的时间还要取决于散热水平，如果散热不行的话，很快就会撞到温度墙强制结束PL2。
Turbo Boost Power Max就是PL1，这个数值需要参考机身实际散热能力进行调整，一般可以设定完后点击Apply应用设置。再就进行AIDA FPU烤机测试观察CPU温度，如果温度较低则可以继续拉高，直到达到你能够接受的温度极限。
当然图中的设置是因为技嘉AERO 15的散热能力很强才设置的如此极端，设置完Cinebench R20跑分能够提升20%。
而XTU不仅仅只能用于发烧机型拉高性能，对于饱受过热降频的机型来说，通过简单的降压也能够降低发热，使得系统更加流畅。
总结：两道枷锁将野兽关在笼中
通过这篇文章可以知道PL1、PL2是决定笔记本CPU性能的关键参数，PL2能够让短时间内的CPU性能释放到极限，而PL1则决定了长时间负载下的CPU性能，根据不同笔记本实际的散热水平，这两个数值的设定也不同。实际发热相当巨大的移动平台CPU正是通过这两道枷锁将功耗保持在了每个机型都能够承受的范围内。
这也就是为什么CPU天梯榜中目前没有移动平台CPU的原因，因为同一颗CPU在不同机型中的差距实在太大，在样本容量不够大的前提下，给出一个天梯榜成绩是不负责任的。
当然本文全程以Intel CPU为例，但对于目前市面上越来越多的AMD APU而言，其实也是存在着类似的功耗逻辑，原理上是相通的。