Энергопотребление: разумный подход

Пользователи не часто задумываются об энергопотреблении комплектующих ПК — до тех пор, пока оно не начнёт заметно влиять на охлаждение, шум и надёжную работу. Процессоры из линейки Pentium 4 на частоте 3,6 и 3,8 ГГц или первые двуядерные модели Pentium D подняли максимальное энергопотребление настольных процессоров до уровня выше 100 ватт, поэтому и привлекли к себе внимание. Охлаждение компонента, который сильно нагревается, требует использования комплексных систем, которые обычно отличаются и высоким уровнем шума, производимым вентиляторами. Наконец, затраты на энергию — один из важных пунктов в счетах организаций, причём на энергопотребление влияют и системы кондиционирования, выводящие создаваемое компьютерами тепло наружу.

Проблема энергопотребления связана не только с процессорами, но и с большинством системных комплектующих современных компьютеров. Как только процессоры стали обвинять в потенциальных проблемах из-за высокого тепловыделения, слово «тепловой пакет» (TDP) прочно вошло в жаргон компьютерных специалистов и даже обычных пользователей, которые стали интересоваться TDP и других компонентов, таких, как чипсеты, графические процессоры и другие кремниевые чипы. Энергопотребление стало замеряться у видеокарт, материнских плат и даже жёстких дисков.

Впрочем, оценка максимального энергопотребления носит, скорее, теоретический характер: следует учитывать, что процессор или видеокарта большую часть времени не работают с максимальной нагрузкой. Как правило, процессор и видеокарта проводят немало времени с низкой нагрузкой или даже в режиме бездействия. Поэтому энергопотребление в режиме бездействия или при невысокой нагрузке не менее интересно, если даже не более важно. Наконец, суммарное энергопотребление системы сильно зависит от того, сколько часов в день компьютер включён или находится в режиме ожидания.

Вы можете посетить ближайший компьютерный магазин и купить комплектующие с самым низким энергопотреблением. Вы удовлетворите своё эго, но подобный выбор вряд ли будет лучшим. Скажем, система на процессоре VIA C7 или особые решения на мобильных и эффективных по энергопотреблению процессорах AMD или Intel действительно обеспечат энергопотребление компьютера 40 Вт или меньше в режиме бездействия и 50-60 Вт при нагрузке (без 3D-видеокарты). Но такие комплектующие, как процессор со сверхнизким напряжением питания или специализированные материнские платы стоят дорого, да и они не обеспечивают тот уровень производительности, к которому мы привыкли. Какой смысл собирать компьютер с низким энергопотреблением, если он будет дольше выполнять расчётную задачу, находясь в режиме максимальной нагрузки, чем более производительный обычный ПК, который справится с той же задачей ощутимо быстрее? Поэтому лучшие варианты для сборки экономичного ПК, которые обеспечат как эффективное энергопотребление, так и высокую производительность, обычно находятся на рынке комплектующих для массового пользователя.

Производительность и энергопотребление

За исключением специальных сфер, где требуется низкое энергопотребление, а производительность не имеет большого значения, лучший экономичный ПК — это компьютер, который имеет разумно низкое энергопотребление, но обеспечивает достаточную производительность для требовательных задач. Наконец, система не должна быть ощутимо дороже обычного ПК для массового рынка. Следует учитывать четыре фактора.

• Максимальное энергопотребление ключевых компонентов;
• энергопотребление ключевых компонентов в режиме бездействия;
• производительность ключевых компонентов;
• цену ключевых компонентов (массовые комплектующие по сравнению с версиями с минимальным энергопотреблением).

Представьте две системы, A и B, которые имеют одинаковое энергопотребление в режиме бездействия 60 Вт, а также максимальное энергопотребление 100 Вт при 100% загрузке процессора. Если мы предположим, что обе системы базируются на двуядерных процессорах, но процессор B даёт более высокую производительность для определённой задачи, то он сможет быстрее справиться с задачей, чем система A. В результате общее энергопотребление системы B будет ниже, поскольку она справляется с задачей быстрее и больше времени проводит в режиме бездействия.

Этот пример близок к текущей ситуации между AMD и Intel. Системы AMD оказываются более эффективными в режиме бездействия, поскольку процессоры включают интегрированный контроллер памяти, более эффективный по энергопотреблению, чем контроллеры памяти в чипсетах. Но последние процессоры Core 2 Duo со степпингами L2 и G0 смогли приблизиться к энергопотреблению в режиме бездействия, аналогичному Athlon 64 X2, в результате чего Intel сегодня находится в положении меньшего или схожего максимального энергопотребления и сравнимого энергопотребления в режиме бездействия. А процессоры Core 2 Duo дают несколько большую производительность, чем Athlon 64 X2 при сравнимых ценах. Но проблема выполнения задачи быстрее, чтобы компьютер дольше находился в состоянии бездействия, не описывается термином «производительность на ватт». Кроме того, эта проблема приводит к тому, что большинство измерений энергопотребления, которые есть сегодня в Интернете (включая наше) практически бесполезно, если системы не сравниваются под специфической и реалистичной нагрузкой на протяжении определённого периода времени. В результате таких измерений можно получить затрачиваемую энергию на протяжении времени, выражаемую в киловатт-часах (кВт-ч).

Тот же принцип касается и жёстких дисков, поскольку более скоростной винчестер сможет справиться с задачей быстрее, раньше перейдя в состояние бездействия. Но разница в энергопотреблении между винчестером для массового рынка на 7 200 об/мин и WD Raptor на 10 000 об/мин составляет всего несколько ватт, что становится важным лишь при условии, что вы уже выжали максимум из потенциала энергосбережения процессора, платформы, блока питания и графической подсистемы.

Графика — великолепная тема для обсуждения соотношения производительности и энергопотребления, поскольку сегодня на рынке настольных ПК нет графических решений с оптимизированной эффективностью энергопотребления. Для экономичного ПК можно лишь довольствоваться интегрированным в чипсет графическим ядром, которое потребляет всего несколько ватт в 2D-режиме и не больше 20 Вт в 3D. Впрочем, несмотря на все плюсы, 3D-производительность интегрированных решений просто ничтожна и не подходит для серьёзного геймера или для работы с 3D-приложениями. Как вы увидите в разделе нашей статьи, посвящённой графике, даже «бюджетная» дискретная графика увеличивает энергопотребление системы в режиме бездействия не меньше, чем на 20 Вт. Для массовых видеокарт более характерен уровень 30-40 Вт, а high-end графические монстры потребляют в 2D-режиме бездействия, когда они практически ничего не делают, от 60 до 90 Вт! Возможным решением здесь можно считать перенос мобильных графических решений на рынок настольных ПК, поскольку они оптимизированы по энергопотреблению, и вместе с тем обеспечивают хорошую производительность.

Процессор

Какой процессор лучше всего подойдёт для экономичного компьютера? Ответ не такой простой, поскольку всё зависит от задач. Конечно, наша цель, как мы уже говорили выше, не сводится к поиску абсолютного минимума энергопотребления. Процессор должен обеспечивать приличный уровень производительности, да и сегодня актуальны только двуядерные процессоры. Как можно видеть по приведённому графику, почти все процессоры AMD для Socket AM2 имеют энергопотребление в режиме бездействия меньше 10 Вт, что является великолепным результатом. Intel только недавно смогла сравняться с низким энергопотреблением в режиме бездействия с выпуском степпингов L2 и G, перенеся линейку Core 2 Duo E6000 ниже уровня 10 Вт в этом отношении. Впрочем, не будем забывать о специальных двуядерных процессорах AMD Athlon 64 X2 3800+ EE, которые потребляют в режиме бездействия всего 6,1 Вт.

Но не следует забывать и об энергопотреблении при нагрузке, которое у процессоров Athlon 64 X2 существенно выше, чем у семейства Core 2 Duo. Все high-end процессоры Athlon 64 X2 по-прежнему используют 90-нм техпроцесс AMD, хотя некоторые модели для массового рынка производятся по 65-нм техпроцессу. Последние способны конкурировать с Core 2 Duo по максимальному энергопотреблению, а по энергопотреблению в режиме бездействия они оказываются меньше. Впрочем, если вы купите процессор AMD Athlon 64 X2 и Core 2 Duo по примерно одинаковым ценам, то Core 2 обычно будет давать более высокую производительность, чем процессор AMD. Энергопотребление вкупе с преимуществом Intel по производительности приводят к тому, что процессоры Intel Core 2 Duo оказываются лучшим выбором для экономичных компьютеров — но только если вы не будете оснащать их high-end материнской платой с прожорливым чипсетом. В этом отношении AMD имеет небольшое преимущество по эффективности энергопотребления. Наши рекомендации склоняются в сторону AMD, если вам нужно минимальное энергопотребление и система будет большую часть времени бездействовать. Если же вы планируете загружать компьютер такими интенсивными задачами, как кодировка видео, звука, рендеринг и т.д., то предпочтительнее будет процессор Core 2 в паре с приличной материнской платой.

Конечно, стоит упомянуть маломощные и мобильные процессоры, которые тоже являются вполне нормальным вариантом. Они потребляют ещё меньше энергии, но требуют материнской платы с подходящим процессорным сокетом: Socket S1 для Turion 64 X2 и Socket 479M для мобильных версий Intel Core 2 Duo. Впрочем, мобильные компоненты имеют существенный недостаток: стоят они слишком дорого и продаются в малых количествах. Да и большинство самых привлекательных процессоров со сверхнизким напряжением не выпускается под сокеты ZIF.

За материнскую плату «мобильный компьютер на настольном» (MoDT, Mobile on Desktop) вам придётся выложить не менее $200, если она использует чипсет 965GM, и от $60 до $100 за обычные решения на G965 или G33. Для платформ AMD ситуация ещё тяжелее, поскольку мы так и не смогли ни разу получить материнскую плату ATX или MicroATX с Socket S1. Сложные маломощные решения имеют смысл в специализированных окружениях. Но для среднего пользователя, которому важно соотношение цена/качество и разумное энергопотребление, данное решение вряд ли будет лучшим. Вполне возможно, что на экономичные компоненты будет потрачено больше, чем можно будет сэкономить на энергии.

Статьи по теме.

• «Высокое тепловыделение Pentium 4 560: он всё же включает троттлинг«;
• «Новый степпинг L2 у Core 2 Duo: Intel снижает энергопотребление«;
• «Athlon X2 BE-2350: энергопотребление ещё ниже«;
• «Выбираем оптимальный процессор по соотношению цена/ качество: AMD против Intel«;
• «Тесты Athlon 64 X2 на ядре Brisbane: AMD переходит на 65 нм«;
• «Экономичная двуядерная платформа AMD: всего 54 Вт!«;
• «Сравнение энергопотребления платформ AMD и Intel: сколько можно сэкономить на счёте за электричество?«.

Материнская плата и память

Платформы анализировать сложнее, чем процессоры, поскольку здесь энергопотребление зависит от большего числа факторов. Первый и самый основной — чипсет, который обеспечивает возможности и набор функций современных ПК. На арене AMD присутствуют несколько чипсетов из линейки nVidia nForce 500, которые дают прекрасный набор функций и высокую производительность. nForce 600 работает только с двухпроцессорной платформой FX-70. Сама AMD предлагает чипсет AMD 690, да и существует ряд других вариантов от SiS и VIA. Последние, впрочем, не такие конкурентоспособные по функциям и разгону, но они могут дать вполне неплохое соотношение цены и качества, если вам не требуется сдвоенная графика AMD/ATI или nVidia. На стороне Intel есть чипсет nForce 600, который поддерживает две или четыре видеокарты nVidia SLI, а также линейки Intel 965 и 3x (P35, G33). Опять же, SiS и VIA присутствуют на этом рынке, но нацеливаются на корпоративные рынки и «бюджетных» клиентов.

Платформы для процессоров AMD обычно потребляют чуть меньше энергии, поскольку северный мост чипсета не содержит двухканальный контроллер памяти, который есть у чипсетов Intel. Но основное различие касается числа функций, поддерживаемых чипсетом, и позиционирования материнской платы. Чипсеты для энтузиастов, геймеров, а также для рынка рабочих станций поддерживают большое число линий PCI Express для сдвоенной графики x16 PCI Express, множество портов USB 2.0 и SATA. Однако все эти функции потребляют энергию, то есть чем их больше, тем выше энергопотребление.

Кроме того, электрические характеристики приводят к соответствующим требованиям материнской платы; стабилизаторы напряжения с несколькими фазами позволяют разделить нагрузку и обеспечить более стабильное питание и более высокие токи для топовых процессоров. Но каждый дополнительный стабилизатор снижает общую эффективность энергопотребления, повышая общие требования по питанию к материнской плате. Если вы хотите, чтобы материнская плата потребляла минимум энергии, то придётся довольствоваться тремя или четырьмя фазами, а также удостовериться, что на плату интегрированы только те компоненты, которые вам нужны.

Единственная опция дальнейшего снижения энергопотребления заключается в приобретении решения «мобильный компьютер на настольном» (MoDT, Mobile on Desktop), которое предусматривает использование мобильного чипсета на настольной материнской плате. AOpen весьма агрессивно продвигала решения MoDT в начале прошлого года, предлагая материнскую на 975X с поддержкой процессоров Core Duo для Socket 479M (i975Xa-YDG). Эти экономичные платформы работают практически на уровне настольных компонентов, а разница заключается в отсутствии широких возможностей разгона, да и самую скоростную память они не поддерживают. Но, опять же, такие материнские платы производятся в небольших количествах, поэтому они весьма дорогие и мало привлекательные. И, в итоге, экономия энергии оказывается меньше, чем при выборе оптимального процессора и видеокарты.

Не забывайте и о памяти. Каждое поколение памяти DDR потребляет меньше энергии, чем предыдущее. DDR2 требует меньше энергии, чем DDR, а DDR3 меньше, чем DDR2. Конечно, если память работает на одинаковых тактовых частотах. И основная причина снижения энергопотребления заключается в совершенствовании процесса производства, который позволил снизить напряжение с 2,5 В у DDR до 1,8 В у DDR2 и до 1,5 В у DDR3. Одно снижение напряжения приводит к заметной экономии энергии, хотя энергопотребление двух модулей DDR2 находится между 5 и 15 В — в зависимости от плотности памяти, тактовых частот и напряжения. Модули памяти для энтузиастов, призванные работать на рекордных тактовых частотах, питаются от более высокого напряжения и потребляют ощутимо больше энергии.

Статьи по теме.

• «Материнские платы MicroATX на Intel G33: тесты трёх моделей» — в этой статье мы рассмотрели три материнские платы на чипсете Intel G33. Они имеют существенные отличия по энергопотреблению.
• «Материнские платы MicroATX для Core 2 Duo: тесты четырёх моделей на Intel G965«;
• «Выбираем материнскую плату: руководство THG«;
• «Материнская плата AOpen i975Xa-YDG: процессор Core Duo для настольных ПК«;
• «Сколько памяти достаточно для вашего ПК?«;
• «Материнские платы для Pentium M от AOpen и DFI: быстрые и тихие«;

Видеокарта

Интегрированная против дискретной

Как мы уже упоминали, практически все видеокарты потребляют немало энергии. Разница между интегрированной графикой и даже «бюджетными» дискретными моделями столь велика, что она превосходит разницу между средним процессором и очень экономичной моделью. Другими словами, энергосбережение в режиме бездействия, которое достигается установкой самого экономичного процессора, полностью сходит на нет, стоит только установить дискретную видеокарту!

Посмотрите на график выше. Материнская плата ECS G33T-M2 форм-фактора MicroATX потребляла 53 Вт в режиме бездействия во время нашего последнего теста материнских плат MicroATX на чипсете Intel G33, будучи оснащённой процессором Pentium Dual Core E2160, являющимся моделью Core 2 Duo всего с 1 Мбайт кэша L2. Но установка видеокарты GeForce 8600 GTS повышает энергопотребление в режиме бездействия на 31 Вт — до 84 Вт. GeForce 8800 GTS, которая имеет больше блоков шейдеров и более высокие тактовые частоты, поднимает энергопотребление до 122 Вт, то есть более чем удваивает начальный уровень. И это ещё не всё: стоит только переключиться в 3D-режим и поиграть, как энергопотребление возрастает ещё на 60 Вт, что видно по следующему графику.

Одна видеокарта

Нажмите на картинку для увеличения.

Мы провели замеры энергопотребления разных видеокарт. Мы не особо удивились максимальному энергопотреблению до 200 Вт у видеокарт Radeon HD 2900XT и GeForce 8800 Ultra (если вы хотите быструю и красивую графику), но вот энергопотребление в режиме бездействия не радует. Мы измеряли его под Windows, когда видеокарты ничего не выводили кроме рабочего стола Windows. GeForce 7300 GT или ATi Radeon X1300 потребляют в режиме бездействия около 20 Вт, что уже немало, а видеокарты для массового рынка обычно требуют 30-40 Вт без рабочей нагрузки. С учётом этого установка дискретной видеокарты не позволит собрать экономичный компьютер, поскольку 20-90 Вт в режиме бездействия это столько же, сколько потребляет весь ПК с интегрированной графикой.

Нас мало волнует, что видеокарта требует 150 Вт во время запуска 3D-игры или требовательного 3D-приложения. Но энергопотребление в режиме бездействия у мощных 3D-видеокарт превышает энергопотребление целого офисного компьютера, что вряд ли приемлемо.

Две/четыре видеокарты

Нажмите на картинку для увеличения.

Что же можно сказать насчёт конфигураций с двумя и четырьмя видеокартами? Если одна видеокарта потребляет от 20 до 90 Вт в режиме бездействия, то на что будут похожи значения энергопотребления двух или четырёх видеокарт? Как можно было ожидать, после установки двух видеокарт энергопотребление удваивается. Минимальное значение здесь составляет 45 Вт в режиме бездействия для двух видеокарт Radeon X1600 Pro PCI Express (95 Вт максимум). Впрочем, в данном случае одна более мощная видеокарта даст лучшее соотношение производительность на ватты. Если же вы хотите установить две high-end видеокарты, такие как две GeForce 8800 GTS или Radeon HD 2900XT, то можно смело ожидать энергопотребление не меньше 150 Вт при отображении простого интерфейса Windows! Максимальное энергопотребление видеокарт GeForce 8 составляет 260 Вт, а Radeon HD 2900 XT CrossFire — целых 390 Вт, так что без мощного блока питания не обойтись. Помните, что мы привели значения энергопотребления для 3D-видеокарт, а не для всей системы!

Конечно, мы не можем рассмотреть все видеокарты, доступные на рынке, но приведённые графики дают хорошее представление о возможных вариантах по сравнению с одиночными видеокартами. В большинстве случаев одна видеокарта обладает весьма скромным энергопотреблением по сравнению с двумя картами для верхнего сегмента массового рынка в конфигурации CrossFire или SLI. Впрочем, результаты могут различаться в зависимости от игр или приложений, которые вы будете запускать. Мы ещё раз повторим, что высокая графическая производительность не сочетается с концепцией экономичного компьютера. Вполне очевидно, что производителям графических процессоров следует провести определённую работу, чтобы усовершенствовать свои продукты и снизить энергопотребление в тех ситуациях, когда карта работает с низкой нагрузкой.

Блок питания

Нажмите на картинку для увеличения.

На приведённом выше графике даны результаты КПД блоков питания разных моделей мощностью до 500 Вт. Как можно видеть, все они дают эффективность не ниже 75% при полной нагрузке, но многие имеют КПД ниже 70% при низкой нагрузке. Чем выше эффективность (КПД), тем меньше энергии будет преобразовываться в тепло. В зависимости от нагрузки, КПД у блока питания может меняться, и разница между эффективностью 75% и 85%, когда блок питания нагружен на 20%, может привести к существенными различиям в энергопотреблении системы. Если гипотетическая система потребляет 60 Вт в режиме бездействия, то более эффективный блок питания будет потреблять от электрической сети 70-75 Вт, а менее эффективный — 80-85 Вт при тех же условиях.

Поэтому мы рекомендуем покупать блоки питания с эффективностью 80% и выше. Обратите внимание, что КПД на графике указан для низкой, средней и максимальной нагрузок на блок питания.

Жёсткий диск

Если сравнить разницу в энергопотреблении жёстких дисков с тем, что можно сэкономить благодаря умному выбору процессора или жёсткого диска, то она покажется невысокой. Но, всё же, есть определённые различия между энергопотреблением разных моделей. Как и предполагалось, винчестер WD Raptor на 10 000 об/мин потребляет больше энергии, чем модель на 7 200 об/мин. Конечно, это относится только к нынешним линейкам, поскольку винчестер пятилетней давности Seagate Barracuda 7200.7 на 160 Гбайт потребляет энергии большее, чем Raptor на 10 000 об/мин или 750-Гбайт накопитель от Seagate или WD.

WD объявила, что следующее поколение жёстких дисков с ёмкостью до 1 Тбайт будет на 40% экономичнее, чем текущие модели. Если взглянуть на энергопотребление в режиме бездействия 10,6 Вт (Seagate 7200.10 750 Гбайт) и 9,2 Вт (WD Caviar WD7500AAKS), то задача кажется непростой. Но уже есть винчестеры, которые потребляют всего 5,2 Вт в режиме бездействия, в частности, Samsung SV160E.

Заключение

Какие выводы можно сделать из нашей статьи, посвящённой энергопотреблению компьютеров? Сначала важно принять ключевое решение: нужна вам высокая 3D-производительность или нет? Если ответ да, то мы вынуждены вас расстроить: собрать экономичный компьютер на дискретной видеокарте не получится, поскольку любая модель заметно увеличивает энергопотребление. Никуда не деться, но модели для массового рынка будут потреблять в режиме бездействия более 40 Вт (отображая только рабочий стол Windows) и от 80 до 200 Вт в 3D-режиме. И это энергопотребление одной только видеокарты!

Об этом следует сразу задуматься, поскольку 100-150 Вт — это энергопотребление, которое требуется для работы полноценного двуядерного ПК с интегрированной графикой и 20″ ЖК-дисплеем! По этой причине у нас вызывает немало критики то, что AMD/ATI и nVidia не приняли дополнительных мер, чтобы снизить очень высокое энергопотребление даже в том случае, если видеокарты отображают лишь статическую 2D-картинку. И если пользователи не будут жаловаться, то вряд ли что-нибудь изменится. Технологии для экономичных графических чипов уже разработаны и применяются в ноутбуках.

Если вы всё же хотите использовать дискретную видеокарту, которая просто необходима геймерам и энтузиастам, то будьте внимательны при выборе. Лучше воздерживаться от топовых моделей, поскольку они потребляют максимум энергии — примерно столько же, сколько весь компьютер, включая дисплей. И вы можете сэкономить немало энергии, выбрав модель из верхнего сегмента массового рынка, поскольку GeForce 8600 GTS потребляет в два раза меньше энергии, чем 8800 GTS, но разница в производительности меньше. Брать «бюджетную» модель вряд ли имеет смысл, поскольку она не даст достаточной производительности для серьёзных игр, но добавит 20-25 Вт к энергопотреблению системы в режиме бездействия. Если вы хотите брать дискретную видеокарту, то лучше остановить выбор на модели из верхнего сегмента массового рынка.

Процессор — наиболее популярный компонент, который активно влияет на энергопотребление системы. Не следует брать одноядерную модель на основе ложного предположения, что вы сэкономите энергию, отказавшись от второго ядра, поскольку вы потеряете немало производительности. Напротив, мы рекомендуем брать двуядерный процессор начального уровня, поскольку предложения AMD и Intel остаются заметно ниже порога 15 Вт в режиме бездействия. AMD по-прежнему может похвастаться самым низким энергопотреблением в режиме бездействия, особенно если посмотреть на 65-нм процессоры Athlon 64 X2, но линейка Intel Core 2 потребляет меньше при максимальной нагрузке. Большее число ядер и более высокая частота FSB, а также и памяти, приводят к росту энергопотребления. Так что выбирайте только то, что вам действительно нужно.

Наконец, не следует игнорировать блок питания, поскольку его КПД напрямую влияет на энергопотребление всей системы, включая каждый компонент, отобранный отдельно. Разница в КПД 75% и 85% при небольшой нагрузке (20-40%, поскольку блок питания будет работать в этом режиме большую часть времени) ощутимо влияет на энергопотребление системы и может даже полностью нивелировать экономию, которую вы достигли на других компонентах.