Введение

Прошли те дни, когда значение имела только производительность. Когда тактовая частота процессоров AMD и Intel впервые превысила 1 ГГц (сейчас она приближается к 4 ГГц), энергопотребление и теплоотдача приводили к сбоям и троттлингу процессоров, если не было хорошего охлаждения. Несмотря на то, что были доступны менее энергоёмкие процессоры, компания Intel поддерживала микро-архитектуру NetBurst даже в своих двуядерных процессорах, тем самым только увеличивая энергопотребление. Однако появление семейства процессоров на базе ядра Core 2 перевернуло всё с ног на голову, поскольку ядро Core 2 обеспечивало гораздо большую производительность, а энергии потребляло почти в два раза меньше. Тем не менее, этого не достаточно, так как процессор — далеко не единственный компонент компьютера, при помощи которого можно экономить энергию.

Сопротивление в электрической цепи приводит к выделению тепла. Здесь не важно, говорим ли мы о процессоре с несколькими сотнями миллионов транзисторов или о звуковой карте с количеством транзисторов на порядок меньше. Мощный мультимедийный компьютер имеет, по крайней мере, четыре сложных полупроводниковых компонента: центральный процессор, графический процессор и два чипсета. Если добавить сюда память и стабилизаторы напряжения, сетевые и аудио компоненты, FireWire и дополнительные контроллеры дисков, то можно насчитать 30-70 чипов, каждый из которых потребляет энергию и выделяет тепло. Уменьшение размеров структур на транзисторах обеспечивает снижение рабочего напряжения, что, в свою очередь, уменьшает электрическое сопротивление и тепловыделение.

В этом заключался традиционный подход к энергосбережению, однако те же самые меры (снижение размеров структур) предпринимались для увеличения тактовой частоты или для того, чтобы добавить ещё больше транзисторов для поддержки большего количества функций. Так как увеличение числа транзисторов приводит к заметному усилению тепловыделения, а количество транзисторов будет продолжать расти, следующие поколения мультиядерных процессоров AMD и Intel не только будут способны выключать неиспользуемые транзисторы (бездействующие транзисторы) и функциональные блоки, такие, как сегменты кэша L2, но и появятся процессоры, которые будут динамически включать и выключать целые ядра в целях экономии энергии. Также они, возможно, будут ускорять одно ядро для выполнения однопоточных задач (пример — Intel EDAT — Enhanced Dynamic Acceleration Technology, которая ожидается в 45-нм процессорах Wolfdale и Yorkfield). Так как большинство процессоров уже поддерживает динамическое переключение частоты в зависимости от загрузки, то такое развитие представляется логичным шагом.

А что же происходит в других компонентах компьютера? Разве графическая карта не нагревается сильнее, чем центральный процессор? Каково энергопотребление жёстких дисков? Разве памяти не требуется много энергии? Будет ли большая разница в энергопотреблении при использовании двух или четырёх модулей памяти DIMM? Надо ли выключать монитор, когда вы уходите на обед, или система управления электропитанием сама всё сделает? А что если отключить ненужные компоненты материнской платы? Чтобы найти ответы на эти вопросы, мы провели ряд тестов в лаборатории THG.ru.

Экономия энергии имеет смысл

Экономия электричества, несомненно, имеет смысл с экологической точки зрения. Однако цены на электроэнергию не такие уж высокие, чтобы повлиять на принятие решения при покупке компьютера.

Электрическое сопротивление превращает электроэнергию в неиспользуемое тепло, а тепло подразумевает использование систем охлаждения. В результате стоимость компьютера увеличивается, поскольку приходится покупать современные эффективные системы охлаждения, основанные на использовании дорогих металлических структур или жидкостей. Если же денег на эффективную систему охлаждения не хватает, то стильный новый компьютер может превратиться в шарманку, шумящую вентиляторами как пылесос. Помимо всего прочего, тепло оказывает непосредственное влияние на ожидаемый срок службы некоторых компонентов в компьютере. Жёсткие диски обычно рассчитаны на пять лет, но нагревание до максимально допустимой для них температуры или перегрев значительно укорачивают срок службы винчестеров. Другие компоненты, такие, как кремниевые чипы или стабилизаторы напряжения, тоже страдают от перегрева. Поэтому срок службы трудно предсказать.

Компьютеры с высоким тепловыделением могут даже увеличить счёт за электроэнергию, так как охлаждение может потребоваться не только компьютеру, но и всему, что его окружает. К примеру, high-end игровой ПК с блоком питания более 400 ватт является достаточно мощным, чтобы нагреть целую комнату. Жители севера долгой холодной зимой могут это оценить, а вот на жарком юге пользователи сразу же включат кондиционеры, что отразится в счетах за электричество. Эта проблема особенно актуальна в центрах обработки и хранения данных, где высокая плотность компьютеров требует сильного охлаждения.

Наверняка, все согласятся с тем, что компьютер — будь то ноутбук или десктоп — должен максимально эффективно использовать электроэнергию. Никто не захочет, чтобы он потреблял больше энергии, чем нужно. Причины могут быть следующими.

• Компьютер не должен превращаться в печку.
• Никто не захочет, чтобы компьютер слишком шумел из-за активной работы вентиляторов, особенно в те моменты, когда он практически ничего не делает.
• Никто не захочет тратить больше денег на системы охлаждения, чем на основные компоненты. Несправедливо, если кулеры для центрального процессора или графической карты стоят больше, чем системная память.
• Существуют технологии, позволяющие контролировать активность транзисторов и тактовую частоту в зависимости от рабочей нагрузки, так почему бы не воспользоваться ими?

Две метрики: энергопотребление при загрузке и при простое

Если ноутбуки обычно потребляют от 20 до 50 ватт энергии (некоторые заменители десктопов требуют до 80 ватт), то настольным компьютерам требуется 60-600 ватт. Многие современные компьютеры потребляют 60-80 ватт в режиме простоя и 100-150 ватт при сильной загрузке. Мы заметили, что современные процессоры Athlon 64 X2 имеют исключительно низкое энергопотребление при простое, тогда как Intel Core 2 Duo не только быстрее, но и эффективнее, чем процессоры AMD, при высокой загрузке. Так как максимальное энергопотребление происходит только при сильной нагрузке, то это значение, как правило, менее важно, чем при простое или средней загрузке (если только вы не действительно продвинутый пользователь). Пользователи, которые целый день работают с электронной почтой, текстовыми документами, электронными таблицами или в PowerPoint, вряд ли превысят загрузку процессора в 30-40%, то есть средняя загрузка останется на уровне 20%.

Другая сторона вопроса касается требовательных к ресурсам приложений, таких, как 3D-игры, рендеринг, перекодировка аудио и видео, а также прикладных систем для научных исследований, например, приложений для решения сложных числовых задач. В этих случаях желательно, чтобы компьютер справился с задачей как можно быстрее или обеспечивал максимальную частоту кадров. Большинство пользователей готовы смириться с повышенным энергопотреблением и шумом вентиляторов во время активной работы компьютера.

Если AMD и Intel сосредоточили внимание на разработке процессоров для массового рынка, чьё энергопотребление не превышает 65 ватт, то AMD/ATI и nVidia есть, над чем ещё поработать. Главным образом, это касается таких high-end графических монстров, как AMD/ATI Radeon HD2900 и nVidia GeForce 8800, которые потребляют гораздо больше энергии, чем видеокарты тех же компаний для начального и среднего сегментов рынка. Конечно, это нормально при работе с 3D-приложениями, но не в тех ситуациях, когда центральный процессор находится в режиме простоя в Windows. Как видно по результатам тестов, системы с видеокартами GeForce 8800 GTX и Radeon HD2900XT «съедают» на 40 ватт больше, чем массовые модели GeForce 8600 GTS и Radeon X1900XT. Очевидно, компаниям есть, над чем поработать.

Как сэкономить?

Зачем беспокоиться об экономии электроэнергии, если это не бьёт по кошельку? А вы когда-нибудь задумывались об уровне шума и выделяемого тепла?

Давайте начистоту: большинство людей не верит, что намеренное снижение энергопотребления ПК помогает сохранить окружающую среду. Мы знаем, что это необходимо, но воспринимаем вопрос об энергопотреблении всерьёз только тогда, когда дело касается денег. В данной статье приводятся простые советы по энергосбережению, которые не должны повлечь за собой денежных затрат.

Замена системных компонентов ради энергосбережения и снижения энергопотребления, как правило, не имеет смысла с финансовой точки зрения, поскольку вы потратите больше денег на компоненты, чем сэкономите за последующие два-три года. К примеру, материнская плата для настольного ПК с мобильным чипсетом стоит, по меньшей мере, $180 и сэкономит, примерно, 15 ватт по сравнению со стандартными продуктами. Таким образом, вам придётся пользоваться этой материнской платой в течение многих лет, чтобы, в конце концов, оправдать затраты. Следовательно, мы не рекомендуем заменять компоненты ради экономии энергии, потому что это себя не окупает.

Другое дело, если вы планируете купить новое аппаратное обеспечение. Опять же, мы не рекомендуем слепо покупать самый эффективный продукт, если только вам действительно не нужна максимальная эффективность. Обратите внимание на цену, поскольку приемлемый и эффективный массовый процессор и приличная стандартная материнская плата могут быть почти так же эффективны по энергопотреблению, как и материнская плата и центральный процессор с пониженным энергопотреблением. Стоимость процессоров с пониженным энергопотреблением может не быть высокой, но производительность будет явно ниже.

Самое важное правило энергосбережения, которому надлежит следовать, применимо ко всем устройствам: не включайте, если не используете. Если даже имеет смысл держать компьютер постоянно включённым на случай, если вы захотите что-нибудь найти в Google, то целесообразно, по крайней мере, отключить монитор. ЖК-дисплеи потребляют примерно от 25 до 100 ватт, в зависимости от размера, в то время как ЭЛТ-мониторы потребляют, по меньшей мере, 100 ватт, а с большой диагональю — все 200 ватт! Если вас не устраивает отключение монитора вручную, то можно воспользоваться политикой управления энергопотреблением операционной системы, которая может перевести монитор в режим ожидания (режим пониженного энергопотребления), когда компьютер не используется в течение определённого промежутка времени. В режиме ожидания многим мониторам нужно всего несколько ватт энергии. Энергопотребление современных ЖК-дисплеев в таком режиме не превышает 1 ватта.

Механизмы энергопотребления также могут быть использованы для снижения тактовой частоты и рабочего напряжения процессора при малой загруженности. Такие энергосберегающие технологии разработаны компаниями AMD (Cool’n’Quiet) и Intel (Enhanced SpeedStep). Во всех современных массовых процессорах существуют не только режимы с низкой и высокой тактовой частотой, но и несколько промежуточных значений частоты. Установите последнюю версию драйверов процессора (для процессоров AMD под Windows XP) и переключите в пункте «Электропитание» панели управления Windows схему работы на «Диспетчер энергосбережения» или «Портативная». Windows немедленно снизит тактовую частоту процессора, если высокая частота в данный момент не требуется. Если ничего не получается, то убедитесь, что эта функция активирована в BIOS.

Как BIOS, так и операционная система могут останавливать вращение жёсткого диска, что позволяет сэкономить дополнительные 5-10 ватт. Если системный диск остановить практически невозможно из-за большого количества служб, запущенных на современных компьютерах, то все дополнительные диски могут останавливаться после некоторого заданного промежутка времени.

Наконец, вы можете перевести компьютер в режим ожидания. С технической точки зрения он по-прежнему включён, поэтому отключение питания приведёт к потере данных. Зато возобновление работы системы из режима ожидания займёт всего несколько секунд, то есть долго ждать включения не придётся. Кроме того, можно использовать спящий режим (гибернацию), при котором всё содержимое памяти сохраняется на жёсткий диск, а при включении состояние системы полностью восстанавливается.

Windows Vista предлагает схемы энергопотребления, позволяющие выбирать компоненты, которые требуется перевести в режим экономии энергии.

Энергопотребление компонентов

В следующей таблице представлены результаты нашего лабораторного тестирования. Потребляемая мощность блока питания переводится в тепловыделение, с которым борются все блоки питания. Чем выше КПД блока питания, тем меньше энергии преобразуется в тепло. Потребляемая мощность материнской платы включает в себя потребление энергии всеми её компонентами, такими, как северный и южный мосты, дополнительные контроллеры и стабилизаторы напряжения. Энергопотребление процессора и памяти напрямую зависит от материнской платы, что обусловлено работой стабилизаторов напряжения. В таблицу не включены данные для систем с двумя видеокартами, они ещё больше увеличили бы энергопотребление.

Конфигурация тестовой системы

Мы использовали стандартную систему с процессором Intel Core 2 и материнской платой Gigabyte на чипсете P965.

Система в целом

Наша система под управлением Windows XP в режиме простоя потребляет 162 ватта.

Рекомендации.

• Установите схему питания с поддержкой энергосбережения и используйте режим ожидания (standby). Это сократит энергопотребление до 5,3 ватта. Многие системы позволяют выводить компьютер из режима ожидания при помощи клавиатуры или мыши, что довольно удобно. Во многих системах переключение из режима ожидания в спящий режим происходит автоматически после определённого промежутка времени.
• Выключайте систему, когда не используете её.
• Когда выключаете компьютер, убедитесь, что энергия действительно не потребляется. Проверьте питание, потому что некоторые блоки питания и мониторы продолжают потреблять несколько ватт энергии даже после выключения.

Экономия: 95% в режиме ожидания.

Центральный процессор

Используйте функции управления энергопотреблением процессора! Все процессоры Athlon 64, включая линейку Sempron, поддерживают технологию Cool’n’Quiet. Процессоры Intel для Socket 775 поддерживают аналогичную технологию SpeedStep. При использовании этих технологий снижается энергопотребление в режиме простоя и, следовательно, потребность в охлаждении.

Рекомендации.

• Убедитесь, что пункты Cool’n’Quiet или Enhanced SpeedStep (EIST) активированы в BIOS.
• Убедитесь, что для процессора используется последняя версия драйвера Windows XP (в случае с процессорами AMD).
• Убедитесь, что в Windows используется схема питания с поддержкой технологий энергосбережения процессора («Диспетчер энергосбережения» или «Портативная»).

Экономия: энергопотребление нашей тестовой системы с процессором Core 2 Extreme снизилось благодаря EIST с 162 до 150 ватт. Результат будет ещё лучше с процессорами Athlon 64 X2 или с Pentium 4 и Pentium D (до 50 ватт).

Жёсткий диск

Жёсткие диски, как правило, потребляют примерно 10 ватт или чуть больше. Поэтому каждый дополнительный винчестер потребует ещё 10 ватт. Если вы используете три жёстких диска, то вам следует задуматься о замене их одним большим, поскольку это поможет снизить энергопотребление на 10 ватт с каждого диска. Так как стоимость дисков в расчёте на гигабайт памяти значительно упала, то можно продать три 80-200-Гбайт жёстких диска за $30-40, а за $80 купить диск на 400 Гбайт. Да и цена винчестеров ёмкостью 500 Гбайт скоро опустится ниже ценовой отметки в $100.

Рекомендации.

• Включите режим экономии энергии для жёстких дисков (остановка вращения через какое-то время), особенно для систем, работающих в режиме 24/7.

Экономия: 8-9 ватт на жёсткий диск с остановленным шпинделем. 10 Вт на жёсткий диск, если вы замените несколько старых моделей одним ёмким винчестером.

Память (RAM)

Оперативная память также влияет на потребляемую мощность. Частота памяти и напряжение имеют значение, но в этой статье рассмотрим влияние конфигурации модулей памяти, а влияние тактовой частоты и напряжения — в продолжении.

При использовании двух модулей DIMM наша тестовая система в режиме простоя потребляла 150 ватт (при активной Enhanced SpeedStep). Добавив ещё два модуля DIMM, мы заметили увеличение энергопотребления до 158 ватт. Мы не рекомендуем использовать только один модуль памяти, иначе вы потеряете двухканальный режим работы памяти, что приведёт к уменьшению пропускной способности памяти в два раза.

Рекомендации.

• Не повышайте напряжение питания памяти, если только не хотите её разогнать.
• По возможности используйте два модуля памяти DIMM вместо четырёх (2x 1 Гбайт вместо 4x 512 Мбайт).

Экономия: в нашей тестовой системе с DDR2-800 разница между двумя и четырьмя модулями памяти составила 8 ватт.

Видеокарты

В следующей таблице представлено энергопотребление системы с несколькими популярными видеокартами. Результаты были получены с использованием материнской платы не из нашей тестовой системы, однако разница незначительна. Колонка 2D представляет энергопотребление карты при работе в Windows, а 3D — при запуске 3DMark06.

Рекомендации:

• Для экономии энергии выбирайте видеокарту, которая предлагает достаточную производительность и приемлемое энергопотребление в режиме простоя (2D).
• Не используйте дискретные видеокарты, если в системе имеется встроенное графическое ядро, и вы хотите снизить энергопотребление и тепловыделение.

Экономия: энергопотребление в режиме простоя сильно отличается в случае использования встроенного графического ядра или мощной дискретной видеокарты. Простые видеокарты потребляют 25 ватт, в то время как high-end модели требуют, как минимум, 40 ватт, независимо от загрузки.

Монитор

Когда мы говорим об энергопотреблении системы от 60 до нескольких сотен ватт, то следует учесть, что сюда мы не включаем монитор! Как упоминалось выше, отключите всё, что не используете. ЭЛТ-мониторы с диагональю 19″ и больше потребляют, минимум, 100 ватт; ЖК-мониторам требуется от 25 ватт до 50 ватт в зависимости от размера экрана. Продвинутые пользователи работают с двумя мониторами, а некоторые (как наши web-дизайнеры) сразу с тремя, что может делать мониторы главным потребителем энергии в системе. Все мониторы могут переходить в режим экономии энергии, что сократит потребление до нескольких ватт.

Рекомендации:

• Используйте настройки для перевода монитора в режим экономии, когда он не используется (особенно, если работаете более чем с одним монитором).
• Выключайте мониторы на ночь.
• Используйте мониторы с большой диагональю вместо нескольких с маленькой.

Экономия: сильно зависит от типа монитора. Так как энергопотребление монитора составляет 20-30% от всей системы, то его отключение может значительно сократить расход энергии.