Энергопотребление компьютера: AMD против Intel — THG.RU

Введение: энергопотребление ПК следует оценивать по времени

Tom’s Hardware Guide оказался одним из первых изданий, которое не только критиковало слишком высокое тепловыделение, но и чрезмерное энергопотребление, когда это вряд ли было необходимо. AMD и Intel годами фигурировали в наших новостях, так как их продукты были либо слишком неэффективными, либо, наоборот, имели определённые продвижения в области снижения энергопотребления. Измерения минимального (в режиме бездействия) или максимального энергопотребления компонентов или всей системы является хорошим способом определения, насколько устройство «прожорливо». Но эти измерения не учитывают важного фактора: производительности.

Задержка с появлением новых процессоров Phenom X2 и X4 заставила AMD сместить фокус с лозунга «посмотрите, насколько быстры наши процессоры» на «посмотрите, какую ценность они представляют». Причина кроется в том, что процессоры Intel Core 2 существенно превосходят стареющую линейку Athlon 64: в среднем, Core 2 Duo не только быстрее, но и эффективнее по энергопотреблению, чем Athlon 64 X2. Впрочем, ситуация не так плоха, как может показаться, поскольку приличная система Athlon 64 X2 всё ещё достаточно быстра для большинства пользователей. Типичная система на процессорах AMD и сегодня представляет собой немалую ценность за свои деньги, но энтузиасты потихоньку начинают отворачиваться от тонущей «лошадки» Athlon.

У Intel есть преимущество по более быстрым и более эффективным процессорам, поскольку компания смогла внести ряд улучшений, отлаживая процесс производства. По сравнению с первым поколением Core 2 Duo с энергопотреблением в режиме бездействия до 24 Вт, современные степпинги процессоров явно более эффективные, они дают около 10 Вт. Кроме того, процессоры Core 2, как правило, лучше поддаются разгону, чем модели Athlon 64 X2.

Не будем забывать, что процессор является не единственным компонентом внутри ПК. Другие компоненты тоже требуют энергию и влияют на общее энергопотребление, которое зависит и от блока питания. В число таких компонентов входят материнская плата и чипсет, оперативная память, видеокарта, которая может потреблять больше энергии, чем high-end процессор, жёсткий диск, оптический накопитель и карты расширения. Блоки питания с высоким КПД способны приблизиться к уровню эффективности почти в 90%, хотя КПД средних продуктов остаётся ниже 80%. Это означает, что оставшаяся энергия преобразуется в совершенно бесполезное тепло, которое рассеивается наружу, но вы всё равно его оплачиваете. Так что следует правильно оценивать влияние энергопотребления CPU на всю систему.

Наш подход следующий: мы измеряли энергопотребление системы в режиме бездействия или во время работы с большой нагрузкой. Но, как мы уже упоминали, это позволяет оценить лишь крайние случаи. Энергопотребление в режиме бездействия является нулевым уровнем, который многие пользователи считают главным критерием. В то же время, производительность системы или компонентов не учитывается совсем, хотя должна бы, поскольку реальные приложения всегда создают нагрузку. А это переводит компоненты в состояние с большим энергопотреблением, но зато приводит к более быстрому выполнению работы.

Связь энергопотребления и производительности

Позвольте привести простой пример, который хорошо иллюстрирует заголовок статьи. Представьте две следующие системы.

Теперь представим типичную нагрузку, например, кодирование видео. Когда вы будете набирать фрагменты в приложении монтажа видео, скажем, на протяжении получаса, обе системы большую часть времени будут находиться ближе к режиму бездействия, поскольку немногие ваши действия способны нагрузить «железо». Когда «ручная» работа будет закончена, система начнёт кодировать или перекодировать видео в целевой формат и контейнер. Вполне понятно, что любая система, не имеющая отдельного ускорителя обработки видео, будет весьма сильно нагружена.

Собственно, в такой ситуации на первое место встаёт энергопотребление при максимальной нагрузке, и здесь следует принимать во внимание производительность системы. Если система A работает ощутимо быстрее системы B, то она справится с задачей перекодирования видео намного быстрее, и быстрее перейдёт в режим бездействия с низким энергопотреблением, что в итоге даст лучшую экономию энергии.

В нашем примере потенциально должна победить система A, поскольку её максимальное энергопотребление при нагрузке равняется таковому у системы B, но энергопотребление системы A в режиме бездействия намного ниже. Вполне понятно, что переход в режим бездействия после выполнения работы даст прекрасный результат экономии энергии. Система B будет работать с нагрузкой дольше, что, в итоге, потребует большего количества энергии. Это увеличит энергопотребление на протяжении времени, которое выражается в ватт-часах (Вт-ч).

Если посмотреть на процесс монтажа и кодирования видео в целом, то система A всё равно потратит меньше энергии, пусть даже энергопотребление при нагрузке у неё было бы выше. Именно от нагрузки зависит, имеет ли смысл использовать более скоростные компоненты с более высоким энергопотреблением. Приложения, которые хорошо масштабируются от скорости компонентов, смогут завершить задачу быстрее, вернув систему обратно в состояние с низким энергопотреблением.

Именно поэтому мы с нетерпением ждём четырёхядерных процессоров следующего поколения. И здесь мы подразумеваем не 45-нм двукристальные процессоры Intel Core 2 Extreme, которые появятся до конца года, а AMD Phenom X4 (Barcelona) и четырёхядерные процессоры Intel 2008 года, которые будут построены на микро-архитектуре Nehalem. Оба продукта могут гибко менять тактовую частоту и выключать отдельные ядра, когда они не нужны. Эти грядущие процессоры идеально подходят для меняющихся условий нагрузки, обеспечивая четырёхядерную производительность для требовательных приложений, сочетая её с энергопотреблением, близким к одноядерному процессу, когда работу выполнять не требуется.

AMD против Intel: кто победитель на самом деле?

Ответ на этот вопрос зависит от системной конфигурации. В среднем, материнская плата Intel потребляет больше энергии, чем плата AMD, поскольку в чипсеты под Intel интегрирован контроллер памяти, который у AMD перенесён на процессоры. Произошло это для повышения производительности, но привело к увеличению эффективности энергопотребления. Впрочем, разница в конфигурации стабилизаторов напряжения и выбор малобюджетного или high-end чипсета на материнской плате могут свести выигрыш от встроенного в процессор контроллера памяти на нет. Особенно, если вы планируете брать high-end материнскую плату, на которой присутствует множество дополнительных компонентов.

Если мы предположим, что все другие компоненты могут использоваться для любой платформы, то разница зависит только от процессора и материнской платы. Блок питания, память, жёсткий диск и видеокарта являются стандартными комплектующими, которые можно использовать для обеих платформ AMD и Intel.

Вопрос следующий: каково будет энергопотребление систем, если мы будем оценивать разные сценарии использования ПК? Несложно определить энергопотребление компьютера, находящегося при полной нагрузке или в режиме бездействия, но это не отражает типичные пользовательские сценарии. Поэтому мы решили использовать пакет SYSmark 2007 Preview для симуляции работы пользователя, а также прогоны 3DMark06 и PCMark05 для более ощутимой нагрузки системы.

Мы не брали high-end процессоры, поскольку Intel Core 2 Extreme явно оставит линейку AMD Athlon 64 X2 далеко позади. Мы выбрали разумные процессоры для массового рынка, которые известны не очень высоким энергопотреблением: Athlon 64 X2 5000+ на 65-нм техпроцессе AMD и Intel Core 2 Duo E6400.

Тестовая конфигурация

AMD Athlon 64 X2 5000+ (65 нм) и Asus M2 Crosshair (чипсет nForce 590 SLI)

Intel Core 2 Duo E6400 и Foxconn Mars (чипсет Intel P35)

Тесты и настройки

Результаты тестов

Мы провели несколько стандартных тестов, чтобы показать разницу в производительности между системами AMD и Intel.

3DMark06, PCMark05

Стандартный 3D-тест 3DMark06 показал равную производительность двух систем.

По общим баллам система Intel оказалась лучше.

SYSmark 2007 Preview

В SYSmark 2007 между двумя системами наблюдаются ощутимые отличия.

Тесты энергопотребления

Энергопотребление в режиме бездействия и при максимальной нагрузке

Сначала позвольте взглянуть на энергопотребление систем в режиме бездействия и при полной нагрузке.

Платформе AMD требуется явно больше энергии в режиме бездействия (102 Вт против 87 Вт, что на 17% больше), а при максимальной нагрузке разница в энергопотреблении оказалась ещё больше — 210 Вт против 163,5 Вт или 28%. Помните, что эти числа обозначают энергопотребление всей системы (без монитора), включая и стабилизаторы напряжения материнской платы.

3DMark06 и PCMark05 в цикле

В первом тесте мы создали пакетный файл, запускающий 3DMark06 с настройками по умолчанию, а затем тесты PCMark05 (система, CPU и память). Поскольку оба теста выполняются несколько минут, мы решили сделать цикл из четырёх тестовых прогонов.

На диаграмме показано среднее энергопотребление при четырёх прогонах тестов 3DMark и PCMark. Очевидно, что платформа AMD потребляет больше энергии.

Мы посчитали суммарное энергопотребление на протяжении четырёх прогонов тестов 3DMark06/PCMark05: 339 Вт-ч для Athlon 64 X2 5000+ на 25% больше, чем 269 Вт-ч у системы Intel. Вопрос такой: на какой системе тестовые прогоны будут выполняться дольше?

Нажмите на картинку для увеличения.

На графике показана зависимость энергопотребления системы от времени на протяжении четырёх последовательных тестовых прогонов 3DMark06 (стартует первым) и PCMark05. На графике можно легко определить четыре повторяющихся тестовых прогона. Кроме того, обратите внимание, что системе Intel (синий график) потребовалось 2 часа 15 минут на выполнение тестовых прогонов, а системе AMD — 2 часа 20 минут, причём её среднее энергопотребление составило на 30 Вт выше, чем у системы Intel.

SYSmark 2007 Preview

С тестом SYSmark ситуация оказалась легче, поскольку он выполняется довольно долго (80 минут и выше), а построение графика энергопотребления во время прогона дало весьма любопытную картину. Но начнём со среднего энергопотребления и суммарной энергии, которая потребовалась для выполнения теста.

SYSmark даёт близкую к реальности картину, симулируя типичную работу пользователя в приложениях. Разница между средним энергопотреблением системы Intel в 98 Вт и системы AMD в 124 Вт составляет 26%. Это означает, что система AMD требует, в среднем, на 26% больше энергии для выполнения работы. Но если среднее энергопотребление и энергия в расчёте на время выполнения в предыдущих тестах 3DMark06 и PCMark05 отличались не так значительно, то здесь мы наблюдаем иную картину.

Разница в среднем энергопотреблении составила 26%, но по суммарной энергии (ватт-часы) мы получили, что системе AMD требуется примерно на 50% больше энергии, чтобы завершить тест. Как такое может быть? Давайте посмотрим на график энергопотребления в зависимости от времени.

Нажмите на картинку для увеличения.

График, отображающий энергопотребление системы на протяжении всего прогона SYSmark 2007 Preview, позволяет понять, почему системе AMD потребовалось на 50% больше энергии, чтобы завершить тестовый прогон, хотя разница в среднем энергопотреблении составила всего 26%. Системе Athlon 64 X2 5000+ потребовалось на 14 минут больше, чтобы завершить тест! В течение этого времени система Intel попросту простаивала.

Заключение

Два наших теста, которые мы провели для отслеживания энергопотребления в зависимости от времени, очень простые. Конечно, они могут не отражать пользовательских сценариев или работу с компьютером на протяжении более 90 минут. Мы не устанавливали антивирусных пакетов, мессенджеров, программ для скачивания файлов или других утилит, которые повысили бы энергопотребление системы в режиме бездействия и под нагрузкой. Всё, что мы сделали, — отследили энергопотребление системы на протяжении тестового прогона, рассчитали среднее энергопотребление (в ваттах) и суммарное потребление энергии (в ватт-часах).

Результаты говорят сами за себя. Они наглядно показывают, что производительность является важным критерием даже в том случае, если вы хотите сэкономить энергию на среднем настольном ПК. Результаты оставляют серьёзные сомнения в правильности стратегии некоторых производителей процессоров, которые выпускают продукты, фокусируясь только на эффективность энергопотребления. Конечно, для некоторых специфических приложений это верно, но не для большинства настольных ПК.

Стратегия выбора малопроизводительного, но эффективного по энергопотреблению процессора для настольного ПК сомнительна, поскольку пользователь может столкнуться со сценарием, когда система будет потреблять энергию на протяжении большего отрезка времени. В такой ситуации можно забыть об экономии энергии. Средняя система окажется более эффективной по энергопотреблению.

Приведём несколько фактов, полученных из наших тестов.

Энергопотребление системы стоит оценивать не только на основе минимального и максимального значений, но и по времени выполнения приложений и тестов, которые симулируют реальную работу пользователя. Производительность и эффективность энергопотребления тесно связаны между собой, и вы не сможете достичь идеальной эффективности энергопотребления без определённого уровня производительности. Система Athlon 64 X2, которую мы использовали, потребляла больше энергии, чем компьютер на Core 2 Duo E6400, как в режиме бездействия, так и во время тестовых прогонов или под максимальной нагрузкой. Мы хотим отметить, что более быстрый процессор выглядел бы лучше, но он требовал бы и больше энергии. То же самое касается и более быстрых процессоров Core 2. Наша система Core 2 Duo E6400 завершила тестовый прогон SYSmark 2007 Preview на 14 минут быстрее, чем Athlon 64 X2 5000+. Следовательно, система Intel раньше ушла в режим бездействия, что, конечно, привело к существенно меньшей суммарной потребляемой энергии. В то же время, системе AMD пришлось дольше оставаться в состоянии с высокой нагрузкой, что и привело к тому, что ей потребовалось на 50% больше энергии, чем системе Intel!

Примечание: все упомянутые результаты включают энергопотребление системных компонентов (см. таблицу конфигурации). Эффективность блока питания и стабилизаторов напряжения играет важную роль в общем энергопотреблении системы.

Если вам нужен компьютер, который имеет высокую эффективность энергопотребления, то недостаточно будет выбрать процессор и материнскую плату, которые производитель считает соответствующими этому критерию. Производительность — не менее важный фактор, поскольку она влияет на то, как часто процессор будет находиться в экономичном режиме бездействия или при высокой нагрузке, чтобы выполнить необходимую работу. Как нам кажется, для массового сегмента рынка лучше всего выбирать эффективный по энергопотреблению, но быстрый процессор.

С одной стороны, Core 2 Quad имеет намного более высокое потребление в режиме бездействия и не всегда выигрывает от наличия четырёх ядер. 45-Вт процессор AMD EE, с другой стороны, может и не так хорошо экономить энергию, если ему приходится справляться с частыми и «тяжёлыми» нагрузками. По результатам наших тестов мы определённо рекомендуем придерживаться процессоров для массового рынка (тепловой пакет 65 Вт) с современной микро-архитектурой и последнего поколения, что, опять же, приводит к выбору Core 2 Duo. Теперь нам остаётся только ждать выхода на рынок процессоров AMD Phenom, поскольку по эффективности энергопотребления эта компания уже ощутимо проигрывает.