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Geschrieben 08. April 2007, 22:12
Als Folge aus diesem Thread und den nachfolgenden Versuchen und den resultierenden Ergebnissen möchte ich an dieser Stelle einen Thread präsentieren, der deutlich macht, wie man sein vorhandenes System auf einen möglichst geringen Energieverbrauch trimmt. Dazu gehören unter Anderem die Fragen, welche Komponente den Energie-Gesamtbedarf wie stark beeinflusst, was man dagegen tun kann, und an welcher Stelle der Sparwahn nichts bringt. Das Gesamtresultat ist durchaus beeindruckend und belegt ein Einsparpotential von fast 50%!
Die Motivation:
Lassen wir die aktuelle Klimawandel-Diskussion mal aussen vor (ich kann's auch nicht mehr hören): Strom kostet trotzdem Geld. Zwar nicht die Welt, aber doch so viel, dass man am Jahresende schonmal schlucken muss und den Taschenrechner zückt, um festzustellen, dass der Zuhause laufende Fileserver, Netzwerkrouter oder für was auch immer oft oder permanent laufende Rechner an Kilowattstunden durchjagt. Das kann man leicht unterschätzen, wie das folgende Rechenbeispiel verdeutlicht:
Gehen wir davon aus, dass ein Rechner im Jahr 200 Tage läuft (man ist ja auch mal in Urlaub oder gönnt dem guten Stück eine Pause). Das entspricht 4.800 Stunden. Der durchschnittlich schnelle Rechner der letzten Generation (Systemdetails gibt es weiter unten) verbraucht dabei ca. 130 Watt ohne Monitor und Peripherie (Lautsprecher, Drucker etc.). Damit ergibt sich eine Gesamtsumme von:
130 Watt x 4.800 Stunden = 624.000 Wh = 624 kWh
Bei einem Grundpreis von 18 Cent pro kWh entspricht das:
0,18 Euro x 624 kWh = 112,32 Euro
... pro Jahr allein für diesen Rechner. Durch entsprechende Optimierungen in Sachen Energieverbrauch lässt sich diese Summe aber erheblich reduzieren. Hat man also so einen Dauerläufer Zuhause oder plant eine entsprechende Anschaffung, sollte man die Tipps aus diesem Tutorial beherzigen.
Natürlich bedeutet weniger aufgenommene Leistung auch gleichzeitig weniger Verlustleistung und damit weniger Abwärme der zu kühlenden Komponenten. Dadurch lassen sich die Lüfterdrehzahlen reduzieren oder sogar ganze Lüfter einsparen, was wiederum der Geräuschkulisse zugute kommt. Auch Silent-Fetischisten können sich hier also die ein oder andere Anregung abholen.
Das System:
Beginnen wir mit der Ausgangslage. Vorhanden ist ein durchschnittliches System der Sockel-A-Generation, welches kürzlich von einem neueren Rechner abgelöst wurde und nun als Surf- und Kleinaufgaben-Rechner dient. Das System im Detail:
Mainboard: DFI NFII Ultra
CPU: AMD Athlon XP-M 2400+
Grafik: Sapphire Radeon 9800pro
RAM: 2 x 512MB MDT PC333 DDR
HDD: 2 x Samsung SP1614N Raid0
Netzteil: Seasonic S12-330
Sonstiges: DVD-ROM, DVD-RW
Die ursprünglich geplante, flexible Anpassung an die momentan geforderte Rechenleistung war damit leider nicht drin. Zwar stellte sich heraus, dass die entsprchenden Werte mit "8rdaVcore" in Grenzen verstellbar sind, allerdings stürzte der Rechner dabei immer wieder ab. Die einzige Möglichkeit bestand also darin, einen möglichst praxistauglichen Zustand irgendwo in der Mitte zu finden.
Der Testablauf:
Dieses System wollte ich also auf einen möglichst geringen Energieverbrauch trimmen. Dazu benutzte ich verschiedene Programme zum Feststellen und Anpassen des Ist-Zustandes und ein extrernes Leistungsmessgerät, welches die dem Stromnetz entnommene Leistung in Watt anzeigt. Dann testete ich verschiedene Einstellungen Schritt für Schritt durch und hielt die Änderung der Temperaturen und des Leistungsbedarfs in Tabellen fest. Diese Tabellen habe ich im Folgenden jedoch in Diagramme gegossen, weil diese die Unterschiede optisch ansprechender und übersichtlicher darstellen.
Die ausgelesenen Temperaturen und Leistungen unterliegen natürlich einer gewissen Toleranz. Die Tests überdauerten mehrere Tage, in denen die Umgebungsvariablen wie zum Beispiel die Raumtemperatur nicht vollkommen konstant gehalten werden konnten. Die Toleranz sollte sich für alle Werte jedoch im Rahmen von 1 °C bzw. 1-2 Watt bewegen.
In den Diagrammen dargestellt wird jeweils die aus dem Stromnetz aufgenommene Leistung in Watt für die unterschiedlichen Einstellungen. Dabei wurde in vier Situationen gemessen:
1. im BIOS (BIOS)
2. im Windows-Leerlauf (Idle)
3. ausgelastet mit CPU Stability Test v6.0 (2D)
4. ausgelastet mit der ATI Pipe Dream v1.1 Grafikdemo (3D)
Wer frisst wieviel?
Die erste interessante Frage war: welche Komponenten haben den höchsten Leistungsbedarf? Schließlich bringt es nichts, wenn man stundenlang an einer Kleinigkeit herumfummelt und dabei im Endeffekt nur 0,02W spart. Im Folgenden sind die leistungshungrigsten Komponenten in absteigender Reihenfolge aufgeführt:
- CPU
- Grafikkarte
- Festplatten
- Sonstiges
Diese Reihenfolge gilt für den normalen Windows-Betrieb, der für das angestrebte Anwendungsgebiet als Surfrechner relevant ist. Ist der Rechner hauptsächlich zum Spielen gedacht, kann die Grafikkarte die CPU in Sachen Leistungsaufnahme auch mal überholen. Einen Spielerechner auf Energieeffizienz zu trimmen wird auch schwierig werden, schließlich geht es hier um Rechenleistung, und die kostet nunmal Strom. Sicherlich kann man mit dem Erwerb einer stromsparenden Grafikkarte und einigen Optimierungen auch hier ein Bisschen herausholen, allerdings wird man das mit reduzierten FPS bezahlen.
Die Tests:
Einige der nachfolgend aufgeführten Tests sind für so manchen Anwernder sicherlich nicht relevant, ich möchte die Ergebnisse der Vollständigkeit halber trotzdem aufführen.
1. verschiedene Zusammensetzungen aus FSB und Multi
Ich betrieb mein System Standardmässig mit 14 x 133 MHz, was zu einer CPU-Frequenz von 1.866 MHz führte. Probeweise änderte ich den FSB auf 166 und 200 MHz bei gleichzeitiger Reduktion des Multiplikators, um herauszufinden, ob unterschiedliche Zusammensetzungen bei nahezu gleicher Gesamtfrequenz zu Unterschieden führen:
Erwartungsgemäß änderte sich hier nicht viel, nur im Leerlauf war ein minimal höherer Leistungsbedarf bei erhöhtem Front Side Bus (FSB) zu verzeichnen. Das ist auf den erhöhten Leistungsbedarf des Chipsatzes zurückzuführen, welcher, wie wir später sehen werden, auch eine kleine Rolle spielt.
Fazit: ineffektiv!
2. niedrigerer CPU-Takt bei konstanter Vcore
Als nächstes änderte ich nur den Multiplikator und ließ sowohl den FSB, als auch die CPU-Kernspannung (Vcore) konstant. Die Kernspannung beeinflusst die möglichen Schaltzeiten des Prozessors, sie kann bei verringerter Rechengeschwindigkeit ebenfalls vermindert werden. Das verringert ebenfalls den Leistungsbedarf, da eine niedrigere Spannung zu einem reduzierten Stromfluss, und damit weniger Leistungsaufnahme der CPU führt. Zu Testzwecken hielt sich sie aber konstant. Die Sprünge der CPU-Geschwindigkeit belaufen sich jeweils auf 400 MHz, so dass man auch gut erkennt, wie linear sich die Änderung im Leistungsbedarf gestaltet.
Hier tut sich schon deutlich mehr. Wie man sieht ist die Abnahme des Leistungsbedarfs bei der Reduktion von 1.866 auf 1.466 MHz am deutlichsten, nimmt jedoch auch bis 666 MHz noch relevant ab. Eine Reduktion des CPU-Taktes ist also sinnvoll, auch wenn sie die Gesamtleistung des Rechners logischerweise reduziert. Dass wir hier mit einem kleinen Kniff weiterkommen, wird in späteren Diagrammen offensichtlich.
Fazit: recht effektiv, verringert aber die Gesamtleistung wesentlich!
3. niedrigerer CPU-Takt mit verringerter Vcore
Die Spannung darf bei verringertem Takt des Prozessors wie schon angesprochen reduziert werden. Wie weit man dabei gehen darf hängt entweder von der gewünschten Geschwindigkeit oder den Vorgaben des Mainboards ab. Wählt man die Spannung für eine bestimmte CPU-Geschwindigkeit zu niedrig, führt dies zu Abstürzen des PCs. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit stösst man allerdings and die Mindesteinstellung des Motherboards. Das war in diesem Fall schon bei 1.466 MHz der Fall, wo die Spannung auf den stabilen Mindestwert von 1,125V eingestellt werden konnte. Das Board erlaubte zwar die Einstellung von 1,100V, allerdings war hier auch bei niedrigster Geschwindigkeit kein stabiler Betrieb möglich ein Einzelfall.
Wie zu erwarten vereinen sich der reduzierte Leistungsbedarf durch Takt- und Spannungsverringerung zu einer wesentlich reduzierten Leistungsaufnahme.Der Sprung ist bei der ersten Reduktion deutlich größer als bei weiteren Verringerungen des Taktes, da schon bei Stufe zwei die minimal einstellbare Spannung erreicht wurde. 1.466 Mhz und 1,125V sind also ein guter Anhaltspunkt, den wir uns für später merken. Schließlich ist die Gesamtleistung des Rechners bei erheblich geringerer Leistungsuafnahme nur marignal geringer.
Fazit: sehr effektiv, maximaler Takt für minimale Vcore empfohlen!
3. niedrigere Sekundärspannungen
Bei vielen Boards lassen sich im BIOS oder sogar per Software nicht nur die Spannungen und Takte der CPU, sondern auch die anderer Komponenten einstellen. Beim DFI NFII Ultra lassen sich zusätzlich die Spannungen des Chipsatzes, des AGP-Ports und der Speicherbänke einstellen. Schrittweise setzte ich diese beim ursprünglich als Standard definierten Takt von 1.866 MHz (14 x 133 MHz) auf das einstellbare Minimum, um festzustellen, ob sie zu einer Reduktion der aufgenommenen Leistung beitragen können, und ob das System trotzdem stabil bleibt. Auch hier sorgt eine zu stark heruntergefahrene Spannung nämlich für Instabilitäten.
Bei keinem der Tests waren ein Absturz oder ähnliche Probleme zu beobachten, so dass die Reduktion der Spannungen gerade bei reduziertem, aber auch bei Standardtakt gefahrlos vorgenommen werden kann. Hier spielt hauptsächlich der Chipsatz eine Rolle, der den Leistungsbedarf um 2-3 Watt reduzieren konnte. Das ist nicht viel, jedoch schadet es einerseits auch nicht, und andererseits verringerte sich die Temperatur der Northbridge trotz passiver Kühlung mit mittelstarkem Luftstrom um 1°C sicherlich auch nicht verkehrt.
Fazit: mäßig effektiv, schadet aber auch nicht und verringert die Temperaturen!
4. verringerte Grafikkarten-Takte
Die zweite, wesentliche Reduktion der aufgenommenen Leistung unseres Probanden ist durch die Verringerung der Taktraten unserer Radeon 9800pro zu erwarten. Sie lässt mit verschiedenen Tools die Änderung des GPU (Graphics Processing Unit = Grafik-CPU) und des Speichers zu. Insbesondere die Reduktion des GPU-Taktes sollte für weniger Watt auf der Anzeige sorgen. Die Spannungen lassen sich ohne Lötarbeiten auf der Karte leider nicht beeinflussen.
Die Messungen wurden in vier Schritten durchgeführt. Den Anfang machen die Standardtakte für GPU (380 MHz) und Speicher (680 MHz). Dann wurde die Geschwindigkeit des Speichers auf das mögliche Minimum von 560 MHz reduziert. Geht man noch weiter herunter, gibt es auch im 2D-Betrieb deutliche Grafikfehler, weil der Speicher die von der GPU geliefertern Bilder nicht mehr korrekt weitergeben kann. Ausser im 3D-Betrieb wird ist die Leistungsaufnahme hier aber kaum reduziert.
Bei der GPU sieht das schon ganz anders aus. Sie ist quasi beliebig einzubremsen, was verständlicherweise die 3D-Leistung mindert, dafür aber auch eine saftige Reduzierung des Leistungsbedarfs in allen Betriebszuständen herbeiführt. Hier lassen sich bis zu satten 40 Watt einsparen, im Windows-Leerlauf immerhin noch 24 Watt. Die Kombination aus GPU- und Speichertakt-Reduzierung ist wie zu erwarten der zweite wesentliche Batzen.
Fazit: sehr effektiv, reduziert aber die 3D-Leistungsfähigkeit erheblich!
4. CPU abschalten per Software
Die dritte Hauptstufe zünden wir mit einem kleinen, kostenlosen Progrämmchen namens S2k Control (siehe dazu auch diesen Test). Die Software schickt Teile der CPU, sofern sie momentan nicht gebraucht werden, in den Schlummerzustand, oder schaltet sie sogar tmeporär ganz ab. Und wenn die Post dann doch mal abgehen soll sind sie in Sekundenbruchteilen wieder da. Diese Vorgehensweise ist sowohl Windows, als auch der CPU bekannt, sie ist defaultmäßig aber nicht aktiv. Daher müssen wir uns die fremde Hilfe ins Haus holen.
Leistungsmäßig ist für den Endverbraucher Mensch kein Unterschied zu bemerken, ganz im Gegenteil zu Temperaturen und Leistungsbedarf. Mit einem Mausklick sinkt die Kerntemperatur des Prozessors um bis zu 17°C (!!!), und der Leistungsbedarf des Gesamtsystems verringert sich um bis zu 26 Watt. Eigentlich logisch, ist die CPU doch Verbraucher Nr 1, aber dennoch beeindruckend. Interessanterweise bleibt der Vorteil unterhalb einer bestimmten Grenze jedoch nahezu gleich, und nimmt nicht etwa linear zu. Ein weiterer Grund, nicht auf Prozessorgeschwindigkeit zu verzichten, sondern sich auf den bei Minimalspannung maximal möglichen Takt zu beschränken. Der Unterschied zwischen 1.466 und 666 MHz liegt mit S2k Control bei gerade mal 1 Watt.
Fazit: sehr effektiv, und ohne Leistungsverlust!
5. versteckte Verbraucher
Der letzte Abschnitt widmet sich den Verbrauchern im PC, die man nicht so offensichtlich sieht.
5a. Festplatte(n)
Nicht zu vernachlässigen ist der Leistungsbedarf der Festplatte bzw. der Platten. Verbrauchen diese im Leerlauf bereits 5-6 Watt, erhöht sich der Leistungsbedarf beim Lesen oder Schreiben auf bis zu 10 und mehr Watt pro Platte wohlgemerkt. Wenn möglich, sollte man also auf eine einzelne Platte setzen. Ist Geschwindigkeit des Datenspeichers sekundär, darf auch durchaus zu einer Platte mit 5.400 Umdrehungen oder sogar zu einer 2,5 Zoll-Notebookplatte gegriffen werden. Durch diese Massnahme lassen sich weitere Einsparungen im zweistelligen Wattbereich erreichen. Zusätzlich reduzieren sich Gehäusetemperatur und Geräuschentwicklung des PCs erheblich.
Fazit: recht effektiv, wenn möglich nur eine 5.400er und/oder 2,5 Zoll-Platte!
5b. Netzteil
Das Netzteil ist für die Umwandlung der Netzspannung in die für den Betrieb erforderlichen Gleichspannungen zuständig. Je nach baulichem Aufwand fallen bei dieser Umwandlung mehr oder weniger starke Verluste an, die sich in erhöhter Leistungsaufnahme äußern. Gute Netzteile erreichen Wirkungsgrade von gut 80% Prozent, während schlechte (meist billige) Netzteile durchaus unter 50% fallen. Das bedeutet, dass dem Stromnetz bei einem Leistungsbedarf des PCs von 100 Watt über 200 Watt entnommen werden, von denen über die Hälfte ungenutzt verfällt. Es besteht also ein großes Interesse daran, ein effizientes Netzteil zu benutzen.
Der Austausch meines LC-Power LC6350 gegen ein als sehr effizient bekanntes Seasonic S12-330 brachte weitere 6 Watt weniger Leistungsbedarf im Idle-Betrieb, in dem nahezu alle Netzteile recht ineffizient arbeiten. Auch hier gibt es Modelle mit über 80%, die allerdings wesentlich teurer als das momentan für gut 40 Euro zu erstehende S12-330 sind. Der Kauf lohnt sich allerdings nur bei der kompletten Neuanschaffung des Netzteils, sonst ammortisiert sich der Kaufpreis erst nach vielen Jahren. Übrigens machte sich das Seasonic auch im ausgeschalteten Zustand des Rechners durch einen Verbrauch von nur 3 Watt bemerkbar, im Vergleich zu den 5 Watt des LC-Power. Sicherlich absolut gesehen Peanuts, aber immerhin 40% weniger.
Fazit: recht effektiv, lohnt sich aber nur bei Neuanschaffung!
Zusammenfassung:
Nimmt man alle Maßnahmen zusammen, lässt sich der Leistungsbedarf eines PCs von ursprünglichen 133 auf 74 Watt (Windows-Leerlauf) reduzieren, was satten 59 Watt bzw. 44% Ersparnis entspricht. Dabei ist die Leistungsfähigkeit des Rechners in allen im vorgsehenen Betrieb auftretenden Zuständen nicht merklich reduziert. Im Folgenden sind die optimalen Änderungen nochmal aufgeführt:
- Vcore auf Minimum reduzieren, dann maximal möglichen CPU-Takt einstellen
- GPU-Frequenz (und ggf. Grafik-RAM-Takt) auf sinnvolles Minimum reduzieren
- CPU-Kühlsoftware benutzen
- wenige, langsame Festplatten und effizientes Netzteil einsetzen
Diese Maßnahmen fallen je nach System und dessen Möglichkeiten natürlich leicht abweichend aus, bieten jedoch genug Anhaltspunkte, an welchen Ecken man zum Energiesparen ansetzen sollte. Absolut gesehen lassen sich heutzutage nochmal deutlich sparsame Systeme auf die Beine stellen. Hier ging es jedoch darum, aus vorhandenem Material das Beste zu machen.
Ich hoffe, dass dieses Tutorial dem ein oder anderen beim Stromsparen oder Silencen weiterhilft!
Prost!
the Interceptor
hamuchens edit: In neue Forenstruktur angepasst.
Dieser Beitrag wurde von hamuchen bearbeitet: 06. Mai 2007, 21:29
