Koliko energije za delo in zabavo?

V časih, ko je bila električna energija poceni in ko je poraba domačega računalnika redko presegla porabo žarnice, se skorajda nihče ni obremenjeval s stroški delovanja računalnika. Danes prav gotovo ni več tako - marsikdo se je že na lastni koži prepričal, da (še posebej neprestano zagnani) domači računalnik precej prispeva h končnemu računu za elektriko. Najbrž pa je malo takih, ki so se lotili natančnejšega ocenjevanja porabe svojega računala. Zato smo to storili mi.

Porabe računalniških komponent se med seboj precej razlikujejo. Velika večina porabljene energije gre na račun procesorja in grafične kartice, zato smo tema dvema komponentama namenili posebno pozornost. Drugih komponent nismo primerjali, saj ne vplivajo veliko na porabo celotnega sistema, pa tudi odstopanja med njimi (npr. med diski različnih proizvajalcev) niso velika. Za primerjavo povejmo le povprečne največje vrednosti običajnih preostalih komponent v sistemu. Poraba posameznega diska ne presega 30 W (običajne vrednosti redko presežejo 20 W), posamezna ploščica sodobnega delovnega pomnilnika DDR porabi do 20 W, DVD enota do 25 W, matična plošča do 25 W, zunanja USB enota okrog 6 W, procesorski hladilnik do 7 W. Druge komponente (npr. miška, tipkovnica, LED diode, ventilatorji na ohišju ...) porabijo le nekaj vatov.

Meritev smo se lotili z več zornih kotov. Najprej smo obdelali določene komponente, ki ključno vplivajo na končno porabo, nato smo se lotili še ocenjevanja celotnega sistema v različnih stanjih (glede na vrsto dela z računalnikom). Velike razlike so namreč med sistemom, ki je polno obremenjen, in med tistim, na katerem morda le pišemo neko poročilo, gledamo film ali brskamo po internetu. Hkrati smo preverili tudi, kako se poraba spreminja skozi čas - pred vklopom računalnika, ob njem in po njem, poraba, ko šarimo po biosu (ko večina komponent še ne deluje) in poraba po daljšem času (npr. ko je sistem prižgan že vsaj pol ure).

Moč napajalnikov

Pri nakupu novega sistema večina uporabnikov niti ne pogleda, kakšen napajalnik je priložen v ta sistem, saj se ne zaveda, da je to ena ključnih komponent, če želimo imeti stabilen sistem. Hkrati pa imamo po drugi strani tiste, ki se pomena napajalnika sicer zavedajo, a pripisujejo prevelik pomen deklarirani moči le-teh. Poglavitna težava je namreč to, da večina izdelovalcev poudari le maksimalno trenutno moč, ki jo kot vsoto na vseh kanalih (torej pri vseh izhodnih napetostih skupaj) doseže napajalnik. Tako dobimo napajalnike z deklarirano močjo 500 W in več, ki kljub temu stanejo manj kot 10 tisočakov, dejanska (torej konstantna) moč le-teh pa je precej manjša. Pri nakupu torej velja biti previden.

Kako torej vedeti, kako močan napajalnik potrebujemo in kako prepoznati pravo vrednost izhodne moči napajalnikov na trgu? Pri nakupu napajalnika ne gre pretirano varčevati, zato svetujemo, da se nakupa za nekaj tisočakov vzdržite. Nato pa je treba najprej pogledati, za kakšen sistem sploh gre. Če imate sistem AMD z grafično kartico nižjega in srednjega razreda, hkrati pa se ne nameravate igrati z navijanjem, bo običajen 350 W napajalnik povsem zadoščal. Malo zahtevnejši uporabniki (dvojedrni procesorji, grafične kartice novejšega rodu, sistemi Intel) pa naj posežejo po napajalnikih, ki zagotavljajo predvsem dovolj toka na 12 V liniji (če napajalnik te informacije nima, sodi v nizki razred) - iz te linije se namreč hranijo največji porabniki sodobnih sistemov. Napajalnik, ki pri tej linij zagotavlja vsaj 20 A, velja za solidnega. Taki napajalniki stanejo med 10 in 20 tisočaki. Tisti, ki želijo iz sistema iztisniti največ (navijanje osnovnega in grafičnega procesorja, vodila, spominskih modulov), pa potrebujejo vsaj 30 A. Še enkrat velja poudariti, da gre pri teh številkah za minimalno konstantno vrednost, ki jo izdelovalec zagotavlja, to pa je precej bolj merodajno kot deklarirana maksimalna moč. Seveda pa boljši napajalniki stanejo 20 tisočakov in več; to je za navadnega uporabnika najbrž preveč. Najdražje (in najboljše) napajalnike potrebujejo predvsem uporabniki sistemov SLI ali Crossfire (z dvema grafičnima karticama), katerih poraba se lahko povzpne do realnih 500 W, če gre za navit Intelov sistem s karticama najvišjega razreda.

Poraba procesorjev

Če gledamo samo računalniške komponente, k porabi prav gotovo največ prispevajo sodobni procesorji, ki so postali silno požrešni. Poraba (in predvsem posledične toplotne izgube) najzmogljivejših primerkov je šla že tako daleč, da je začela zavirati razvoj procesorjev v smeri, ki smo je bili vajeni doslej - višanje frekvence. Poleg potrebe po večopravilnosti je prevelika poraba eden poglavitnih razlogov za prehod v drugo smer razvoja - dodajanje več jeder na procesor. Te težave je še posebno izkusil Intel, saj je s prvo serijo Pentiumov 4 (Prescott) resnično brcnil v temo - procesorji so se izjemno pregrevali, hladilniki, ki so jih ohranjali pri življenju, pa so bili precej glasni. Rešitev je torej manjšanje proizvodnega procesa, nižanje frekvence, večanje predpomnilnika in dodatek vsaj še enega jedra. Da bi laže videli tak napredek, smo preizkusili tako enojedrne kot dvojedrne procesorje iz obeh taborov in izmerili porabo sistema.

Kako smo merili?

Porabo sistema smo merili z merilcem električne moči na vtičnici - Voltcraft Energy Monitor 3000. Uporaba merilca je zelo enostavna in primerna za spremljanje porabnikov v gospodinjstvu.

Zanimale so nas seveda razlike v porabi med posameznimi komponentami, obenem pa tudi razlike glede na obremenjenost sistema. Meritve smo izvedli v več stanjih: razbremenjen sistem (idle), sistem s popolno obremenitvijo procesorja (tu smo uporabili znano orodje Prime95, pomagali smo si tudi s kodiranjem videa), popolna obremenitev celotnega sistema (Futuremark 3DMark 2001 SE, 2003, 2005). Za meritve procesorjev iz obeh konkurenčnih taborov smo razen matične plošče in pomnilnika uporabljali enake komponente: dober napajalnik OCZ Powerstream 420 W (omogoča ročno nastavljanje napetosti, kar smo tudi uporabili, da bi se izognili razlikam zaradi različnih matičnih plošč), disk Hitachi serije 7k250, 200 GB, DVD zapisovalnik NEC 4550, disketno enoto in zvočno kartico SB Live!. Pri meritvah vpliva grafičnih kartic na sistem smo uporabili matično ploščo AsRock Dual Sata 2, ki omogoča priključitev kartic tako na AGP kot PCI-express vodilu. S tem smo izločili moGigabyte 8I945P-G (podnožje 775) v kombinaciji z dvema ploščicama pomnilnika DDRII PC4300 (tudi tokrat v dvokanalnem načinu - 2 x 512 MB).

Vsaka meritev je bila odčitana po vsaj polurnem nespremenjenem stanju, saj so tako meritve precej bolj merodajne (to se kaže tudi v tem, da so po daljšem delu, ko se na končno temperaturo ogrejejo vse komponente, nihanja v porabi dosti manjša). Zgolj informativno smo izmerili tudi porabo sistema v biosu.

Meritve smo izvedli z merilcem na vtičnici. Enostavno in praktično tudi za uporabo doma.

AMD Athlon 64 3500+

Gre za procesor srednjega razreda, ki velja za enega najbolj racionalnih nakupov. Priključimo ga na matično ploščo s podnožjem 939, ima 512 KB predpomnilnika, preizkusili pa smo primerek z jedrom Venice, ki je narejen v 90 nm tehnologiji in naj bi se posledično manj grel kot predhodniki z jedroma Newcastle in Clawhammer. AMD obljublja celo izboljšavo glede na sorodno jedro Winchester, ki je prav tako narejeno v 90 nm proizvodnem procesu. Temu ustrezno naj bi porabil manj energije (še posebej z uporabo tehnologije Cool'n'Quiet - glej okvirček). Po trditvah AMDja naj bi bila razlika med porabo v mirovanju in pri polni obremenitvi kar okrog 40 W.

Rezultati naših meritev so pokazali, da je Athlon 64 z jedrom Venice silno varčen procesor. Testni sistem je v stanju brez obremenitve zahteval samo 118 W moči, kar je res silno malo za sodoben računalnik. Pod obremenitvijo se v primerjavi s tekmeci izkaže še bolj, saj se poraba dvigne na 154 W, kar je daleč najmanj med preizkušenimi procesorji.

AMD Athlon 64 X2 Dual-Core 4400+

Eden najmočnejših procesorjev za domače računalniške sisteme podjetja AMD se lahko pohvali z dvema neodvisnima jedroma in 2 MB predpomnilnika (vsako jedro ima dostop do 1 MB). Jedro Toledo je narejeno v 90 nm tehnologiji, podpira pa seveda tudi tehnologijo Cool'n'Quiet. AMD zatrjuje, da poraba procesorja z dvema jedroma ne presega bistveno porabe enojedrnega procesorja z enako frekvenco.

Preizkus je pokazal drugače. Ko sistem ni obremenjen, je razlika v primerjavi z Athlonom z enim jedrom res zelo majhna, saj je naš testni sistem s procesorjem X2 v tem stanju potreboval le 128 W, to pa ni veliko. Ko pa smo procesor popolnoma obremenili, se je poraba povzpela na 189 W, torej že 35 W več. Kljub temu je krepko varčnejši od dvojedrnih procesorjev iz konkurenčnega tabora.

Cool'n'Quiet

Novejši procesorji podjetja AMD se ponašajo z varčevalno tehnologijo, imenovano Cool'n'Quiet. Zamisel je znana že dlje časa (že pred tem je bilo moč dobiti namenske programe za takšna opravila) - s prilagajanjem takta jedra procesorja in napetosti na njem doseči manjše gretje le-tega, ko obremenitev ni velika, in tako privarčevati pri treh stvareh: električni energiji, življenjski dobi procesorja in hrupu. Glede na to, da je efektivna doba procesorjev (torej doba dejanske uporabe oziroma obdobje, v katerem procesor še ni zastarel), ki danes traja največ nekaj let, precej krajša od dejanske (fizične), ostanemo lahko le pri preostalih dveh prednostih tehnologije Cool'nQuiet.

Oglejmo si, kako to možnost sploh omogočiti. Najprej je treba ustrezno izbrati v biosu, nato pa moramo v Oknih izbrati še maksimalno varčevanje z energijo (Minimal Power Management) na nadzorni plošči. Učinek je takojšen - ob nezahtevnem delu deluje procesor pri več kot pol manjši frekvenci, temperatura jedra pa se zniža za nekaj stopinj. Če imamo ustrezno podporo v matični plošči, lahko omogočimo tudi prilagajanje vrtljajev ventilatorja na hladilniku procesorja temperaturi in tako znatno zmanjšamo hrup. Res pa je, da so procesorji Athlon 64 že sicer dokaj hladni in njihovi privzeti hladilniki že tako ali tako niso ravno zelo glasni.

Zanimiva je ugotovitev, da uporaba tehnologije Cool'n'Quiet ne vpliva veliko na porabo procesorja (še manj seveda na porabo celotnega sistema) - razlika je bila namreč le nekaj vatov, zato posebnih meritev z izključeno možnostjo Cool'n'Quiet nismo ponavljali. Vsi rezultati so tako dobljeni z omogočeno shemo za varčevanje.

Intel Pentium 4 650 3,4 GHz

Gre za zloglasno jedro Prescott, ki slovi po silno veliki porabi. Serija 6xx naj bi prinesla izboljšave na tem področju (problematični so bili predvsem Prescotti serij E in 5xx). Prepričali smo se, kako je s tem v praksi. Procesor 650 uporablja 2 MB predpomnilnika, narejen pa je v 90 nm tehnologiji. Pogled na specifikacije procesorja nam vzbuja upe in hkrati pomisleke - novi Prescotti naj bi v mirovanju porabili manj kot 20 W, to pa je primerljivo z Athloni 64 z jedri Venice.

Žal se je v praksi pokazalo, da je Intelov procesor (oz. cel sistem) požrešnejši od AMDjevega. Že brez obremenitve je sistem zahteval 135 W, poraba pa je izjemno poskočila z obremenitvijo procesorja - kar na 219 W, to pa vsekakor ni malo. Če k temu dodamo še obremenitev grafične kartice visokega razreda (npr. pri igranju iger), se poraba približa 300 W.

Intel Pentium D 920 2,8 GHz

Najnovejša Intelova serija dvojedrnih procesorjev D9xx uporablja kar 4 MB predpomnilnika, narejena pa je v 65 nm tehnologiji. Eden od ciljev "manjše" tehnologije je gotovo tudi manjše pregrevanje v primerjavi s starejšimi modeli (predvsem enojedrniki).

Preizkus je pokazal nasprotno - procesorji D so očitno eni najbolj vročih sploh. V neobremenjenem stanju je namreč testni sistem s procesorjem D 920 porabil krepkih 14 W več, kot je porabil sistem z Athlonom 64 pod maksimalno obremenitvijo procesorja! Ko smo obremenili tudi dvojedrni Pentium, se je poraba nadvse povečala - na kar 237 W.

Povzetek

Na preizkusu se je po pričakovanjih pokazalo, da so precej varčnejši sistemi s procesorji podjetja AMD. Največje razlike med popolnoma obremenjenimi sistemi so dosegle skorajda 80 W (na rovaš procesorjev, matičnih plošč in različnih vrst pomnilnikov). Zanesljivo lahko ugotovimo, da tu igra ključno vlogo procesor, saj ne more biti velike razlike med porabo plošč (morda nekaj vatov), pomnilnik pa naj bi bil na strani Intela celo varčnejši, ker uporablja nizkonapetostni pomnilnik DDR II.

Preverili smo tudi porabo sistema, ko je uporabnik v biosu, saj je tu precej enot še neaktivnih (precejšen del matične plošče, kartice PCI ...). Zanimivo, ugotovili smo, da je poraba v tem primeru precej višja (povprečno za okoli 20 W) kot v primeru, ko je uporabnik že v operacijskem sistemu in le-tega ne obremenjuje. Okenski gonilniki namreč po potrebi določene komponente izklopijo, oz. jih preklopijo v varčevalni način.

Kot zanimivost dodajmo še ugotovitev, da je moč, ki jo porablja sistem, po dolgotrajnem delu (vsaj kake pol ure) za nekaj vatov manjša kot takoj po vstopu v operacijski sistem. Je pa razlika zelo majhna, skorajda v okviru napak meritev.

Izmerjena poraba testnih sistemov glede na uporabljene procesorje.

Poraba grafičnih kartic

Sodobne grafične kartice predstavljajo vrhunec današnje strojne opreme. Njihovi procesorji so še precej bolj zapleteni od sistemskih procesorjev, saj kartice zadnjega rodu (npr. GeForce 7800, 7900 ter Radeoni 1800 in 1900) štejejo število tranzistorjev na čipu v stotinah milijonov. Najsodobnejše so narejene v 90 nm tehnologiji in dosegajo frekvence, ki se že bližajo gigahertzu. Podobne takte dosegajo pomnilniki grafičnih kartic. Vse to botruje zelo visoki porabi le-teh - največja poraba pri nekaterih se približa 100 W! Posledično so vsi najhitrejši modeli opremljeni z orjaškimi hladilniki, ki odvajajo toploto, z oddajanjem katere se vsa ta energija sprošča. Na oddano toploto najbolj vplivajo arhitektura jedra kartice (število cevovodov, število tranzistorjev oziroma gostota le-teh), frekvenca jedra, proces izdelave in napetost jedra.

Omenimo še, da se bile kartice prejšnjega rodu vsaj toliko požrešne - kljub opazno nižjim frekvencam so se namreč zelo grele zaradi visokih napetosti jedra, razsipnejšega procesa proizvodnje ter uporabe pomnilnika DDR (sodobnejše kartice uporabljajo DDR II, večina pa že GDDR3, ki deluje pri nižjih napetostih in tako odda manj toplote).

Ker smo želeli napraviti nekakšen presek porabe tipičnih sistemov, smo poleg kartice novega rodu (kot enega najprimernejših nakupov v višjem razredu smo izbrali Geforce 7800 GT) preizkusili tudi par kartic srednjega in eno kartico spodnjega cenovnega razreda. Poraba se namreč med njimi zelo razlikuje, zato na kratko opišimo ključne značilnosti posameznih kartic, ki vplivajo na porabo.

Izmerjena poraba testnih sistemov glede na vgrajeno grafično kartico.

ATI Radeon X1300 Pro

Ena hitrejših kartic nižjega razreda se ponaša z dokaj hitrim jedrom (600 MHz), ima le 4 izrisovalne cevovode in uporablja 256 MB pomnilnika vrste GDDR2 (4 čipi). Jedro je narejeno v 90 nm tehnologiji, kar obeta majhno porabo. Kartica zaradi svoje skromne največje porabe (kot večina kartic nižjega in srednjega razreda) ne potrebuje dodatnega napajanja, saj dobi dovolj toka prek samega vodila. Kartica je zadovoljivo tiha, saj se obrati ventilatorja na manjšem hladilniku prilagajajo obremenitvi (torej porabi in posledično temperaturi).

Na našem preizkusu se je kartica po pričakovanjih izkazala za najvarčnejšo. V stanju neobremenjenosti je naš testni sistem porabil 120 W, kar niti ni presenetljivo. Bolj se varčnost te kartice pokaže pod obremenitvijo, saj tu poraba sistema ni presegla 168 W.

Nvidia GeForce 6600 GT AGP in PCIe

Zelo priljubljena kartica, ena najbolj prodajanih med igričarji, je tudi zelo varčna. Uporablja 8 cevovodov in le 128 MB pomnilnika DDR (mogoče je sicer dobiti tudi izvedenko z 256 MB pomnilnika vrste GDDR3). Med karticama na različnih vodilih (AGP in PCIe) se na popolnoma enakem sistemu (glej posebni okvirček) pokaže razlika v porabi nekaj vatov, kar gre najbrž na račun pretvornika za AGP na kartici, ki je prirejena za to vodilo.

Kartici sta v neobremenjenem stanju zelo varčni, pod obremenitvijo pa se pokaže, da ne gre za najnižji (električno)cenovni razred - poraba je dosegla skoraj 190 W.

ATI Radeon X800 XL

Ena prvih ATI kartic serije X800, ki je bila narejena v 110 nm tehnološkem procesu. Specifikacije obljubljajo dobro razmerje med hitrostjo in oddano toploto - kartica uporablja 16 izrisovalnih cevovodov in 256 MB hitrega pomnilnika GDDR3.

Izkaže se, da je ena najvarčnejših sploh (še posebej, če upoštevamo hitrost). V stanju majhne obremenjenosti je bila poraba najnižja od vseh - celoten sistem je potreboval le 118 W. Pri največji obremenitvi pa se je ta povzpela na znosnih 190 W.

Nvidia GeForce 7800GT

Med hitrejšimi karticami (in tudi dražjimi) smo preizkusili Geforce 7800GT, saj se ponaša z značilnostmi kartic novega rodu in je hkrati med najbolje prodajanimi v tem razredu. Kartica prilagaja frekvenco jedra tako, da deluje z največjo hitrostjo (400 MHz) le ob polni obremenitvi, v 2D načinu (pisarniški rabi) pa se ta zmanjša na 275 MHz, kar znatno zmanjša porabo. Žal ne prilagaja tudi frekvence pomnilnika (256 MB GDDR3, 1000 MHz).

Glede na razred kartice je bila poraba sistema v 2D načinu dejansko zelo majhna (podobna kot pri sistemih s karticami precej nižjega razreda) - skromnih 123 W. Največja poraba je bila pričakovano precej večja; naš testni sistem je presegel 200 W. Kartica prav zaradi večje porabe potrebuje dodatno napajanje prek šestpinskega konektorja PCIe.

Koliko nas vse to stane?

Ob koncu naredimo še nekaj informativnih izračunov na podlagi naših meritev porabe. Vzemimo štiri različne uporabnike:

Uporabnik A - pretežno brska po spletu, piše v orodjih tipa Office, uporablja programe P2P: ocenjena povprečna poraba sistema (skupaj z monitorjem LCD in zvočniki) = 170 W.

Uporabnik B - sem in tja obremeni sistem (npr. igranje igre), uporablja TV tuner, programe P2P: ocenjena povprečna poraba sistema (skupaj z monitorjem LCD in zvočniki) = 200 W.

Uporabnik C - do konca obremenjuje sistem (npr. video in zvočna montaža, igranje iger): ocenjena povprečna poraba sistema (skupaj z monitorjem LCD in zvočniki) = 250 W.

Uporabnik D - do konca obremenjuje visoko navit sistem z dvema grafičnima karticama v načinu SLI ali Crossfire (skupaj z monitorjem CRT in zvočniki); ocenjena povprečna poraba sistema (skupaj z monitorjem LCD in zvočniki) = 450 W.

Uporabnika A in B sta povsem realna, zadnja dva (predvsem D) pa sta seveda ekstremna. Oglejmo si izračunane mesečne stroške vseh štirih uporabnikov glede na povprečen čas uporabe računalnika na dan - v izračunih je privzeta dnevna raba, razen seveda pri uporabi 24 ur na dan. V izračunu smo upoštevali cene električne energije za gospodinjstva (Elektro Slovenija).

Za konec

Ob nakupu računalniškega sistema se povprečen uporabnik prav gotovo ne ozira na porabo električne energije posameznih komponent. To najbrž zgolj s stališča stroškov energije tudi ne bi bilo preveč smotrno. A vendar gre razmisliti vsaj malo tudi o tem - predvsem se je namreč treba zavedati, da komponente (predvsem centralni procesorji in grafični procesorji), ki oddajo velike količine toplote, potrebujejo temu primerno učinkovito hlajenje. To pa pomeni po navadi dvoje: dodaten hrup ali dodatne stroške za boljši hladilnik. Poleg tega se je treba že na začetku, ko razmišljamo o konfiguraciji sistema, vprašati, kako močan napajalnik bo zadostoval za zagotavljanje stabilnosti določenega sistema (glej okvirček). Na koncu pa so tu vendarle tudi stroški - če imate računalnik pretežno vklopljen, vas utegne to na mesec stati nekaj tisočakov. Če ste pri izbiri sistema upoštevali tudi njegovo porabo, utegnete tudi kaj privarčevati.