Сайт о телевидении

Совсем недавно мы анонсировали нашу новую методику тестирования на основе реальных приложений (iXBT Application Benchmark 2016), которая включает в себя 17 отдельных тестов. Результаты этих тестов позволяют оценивать производительность системы в различных сценариях использования путем замера времени выполнения тестовых задач и сопоставления этого времени со временем выполнения этих задач на референсной системе. Однако производительность процессора - это лишь одна сторона медали, а другая сторона - энергопотребление. До сих пор мы не измеряли энергопотребление процессоров при их тестировании, но обещали разработать соответствующую методику. В этой статье мы опишем подготовленную методику измерения энергопотребления, реализуемую с помощью плагина к нашему бенчмарку iXBT Application Benchmark 2016.

Программно-аппаратный измерительный блок

Для работы плагина используется специализированный программно-аппаратный измерительный блок, разработанный Алексеем Кудрявцевым. Измерительный блок подключается в разрыв цепей питания между компьютерным блоком питания и материнской платой. Попросту говоря, измерительный блок подключается к 24-контактному (ATX) и 8-контактному (EPS12V) разъемам блока питания, а материнская плата подключается уже к измерительному блоку с использованием аналогичных разъемов. Измерительный блок способен измерять напряжение и силу тока по шинам 12 В, 5 В и 3,3 В разъема ATX, а также напряжение питания и силу тока по шине 12 В разъема EPS12V, используемого для питания процессора.

Связь измерительного блока с компьютером производится по шине USB. Это позволяет управлять работой блока и сохранять измеряемые величины в файле. Управление работой измерительного блока производится из командной строки.

В нашей методике интеграция программно-измерительного блока с бенчмарком iXBT Application Benchmark 2016 заключается в том, что в каждом тесте синхронно с началом выполнения тестового задания запускается сбор данных измерительным блоком, а синхронно с моментом окончания выполнения тестового задания сбор данных прекращается. Результаты измерения сохраняются во временном файле и обрабатываются бенчмарком.

В каждом тесте сохраняются следующие значения, рассчитанные на основе результатов измерений:

• суммарная потребляемая мощность во время выполнения теста, в ваттах;
• потребляемая процессором мощность во время выполнения теста, в ваттах.

Суммарная потребляемая мощность учитывает потребление по шинам 12 В, 5 В и 3,3 В разъема ATX и по шине 12 В разъема EPS12V. Суммарная потребляемая мощность рассчитывается как отношение суммарного энергопотребления ко времени измерения.

Потребляемая процессором мощность во время выполнения теста учитывает только потребление по шине 12 В разъема EPS12V (этот разъем используется для питания процессора). Данная мощность рассчитывается как отношение энергопотребления процессора за время выполнения теста ко времени выполнения теста. Нужно, однако, иметь в виду, что в данном случае речь идет об энергопотреблении процессора вместе с регулятором напряжения его питания. Естественно, регулятор напряжения питания процессора имеет определенный КПД, и часть электрической энергии потребляется им самим (она выделяется в виде тепла на MOSFET-транзисторах и других элементах). Поэтому реальная мощность, потребляемая процессором, всегда будет немного ниже измеренных значений, однако измерить это реальное значение с использованием внешнего измерительного блока не представляется возможным.

Особенности измерения энергопотребления в отдельных тестах

Как уже отмечалось, сбор данных измерительным блоком начинается синхронно с началом выполнения тестового задания и завершается синхронно с моментом окончания выполнения тестового задания. Казалось бы, все просто, но тут есть свои нюансы. Дело в том, что некоторые тесты включают не одну, а сразу несколько задач, и результатом теста является суммарное время выполнения всех этих задач. При этом между отдельными задачами в тесте могут быть довольно продолжительные паузы.

Всего таких тестов в нашем бенчмарке пять:

• Adobe Premiere Pro CС 2015.0.1,
• Photodex ProShow Producer 7.0.3257,
• PhaseOne Capture One Pro 8.2,
• Adobe Audition CС 2015.0,
• WinRAR 5.21.

Так, в тесте с использованием приложения Adobe Premiere Pro CС результатом является суммарное время рендеринга и экспортирования фильма. В тесте с применением приложения Photodex ProShow Producer результатом является суммарное время создание проекта слайд-шоу, включающее в себя время загрузки фотографий и время экспорта проекта в фильм. В тесте с применением приложения PhaseOne Capture One Pro производится экспортирование коллекции фотографий в проект с созданием превью, пакетная обработка фотографий в режиме автоматического улучшения качества и сохранение фотографий в формате JPEG. Результатом теста является время выполнения всех трех операций. В тесте с применением приложения Adobe Audition CС первоначально загружается шестиканальный (5.1) аудиофайл в формате FLAC. Затем этот файл обрабатывается путем применения к нему фильтра адаптивного шумоподавления, и на заключительном этапе производится конвертация в формат MP3. Результатом теста является суммарное время загрузки аудиофайла, его обработки и конвертирования. В тесте с использованием приложения WinRAR производятся две отдельные задачи: архивация и разархивация данных.

И когда в тесте выполняется несколько отдельных задач, непонятно, что именно понимать под потребляемой мощностью и энергопотреблением, поскольку в отдельных задачах потребляемая мощность различается. Можно, конечно, рассчитывать усредненную по всем задачам в тесте мощность и энергопотребление, однако результат будет напоминать среднюю температуру по больнице. Поэтому мы решили поступить следующим образом: в том случае, когда в тесте используется несколько отдельных задач, измерение мощности и энергопотребления производится только для самой энергоемкой задачи. Так, в тесте с использованием приложения Adobe Premiere Pro CС используется задача по экспортированию фильма. В тесте с применением приложения Photodex ProShow Producer тоже используется задача по экспорту проекта в фильм. В тесте с применением приложения PhaseOne Capture One Pro используется задача по пакетной обработке фотографий в режиме автоматического улучшения качества. В тесте с применением приложения Adobe Audition CС используется задача обработки аудиофайла путем применения к нему фильтра адаптивного шумоподавления. В задаче с использованием приложения WinRAR используется только задача по архивации.

Представление результатов тестирования

Поскольку в нашей методике измерения производительности на основе реальных приложений (iXBT Application Benchmark 2016) для каждого теста рассчитывается среднеарифметический результат и погрешность измерения для доверительного интервала 0,95 (количество запусков каждого теста можно менять), при измерении энергопотребления используется аналогичный подход. В каждом тесте рассчитывается не только среднеарифметический результат для суммарного энергопотребления, энергопотребления процессора, суммарной потребляемой мощности и потребляемой процессором мощности, но и погрешность измерений указанных величин в доверительном интервале 0,95.

Результаты измерения записываются в соответствии с общепринятыми правилами записи результатов с погрешностью, погрешность записывается с одной значащей цифрой.

Ограничения на использование измерительного блока

С учетом того обстоятельства, что измерительный блок может подключаться только к компьютерному блоку питания через 24-контактный разъем ATX и 8-контактный разъем EPS12V и имеет аналогичные разъемы для подключения материнской платы, данный измерительный блок может использоваться только при тестировании систем, которые имеют соответствующие разъемы. Таким образом, наш измерительный блок не может использоваться для тестирования ноутбуков, неттопов и моноблоков со специфическими разъемами питания. По сути, мы планируем использовать данную методику измерения энергопотребления только для тестирования процессоров и, возможно, материнских плат. И насчет материнских плат еще нужно будет посмотреть, насколько это целесообразно. В принципе, с учетом того, что при измерении энергопотребления и потребляемой мощности процессора учитывается также энергопотребление регулятора напряжения питания, на разных материнских платах могут получаться разные значения энергопотребления при использовании одного и того же процессора. Но возможно, разница окажется настолько незначительной, что такое измерение будет попросту лишено смысла. Одним словом, нужно сначала накопить экспериментальные данные, а затем уже принять решение относительно целесообразности проведения подобных измерений.

Пример результатов измерения

В заключение продемонстрируем пример результата тестирования с измерением энергопотребления.

Стенд для тестирования имел следующую конфигурацию:

Процессор работал в штатном режиме (без разгона) с активированной технологией Turbo Boost. Результаты тестирования представлены в таблице.

Логическая группа тестов	Результат тестирования, секунды	Общая мощность, Вт	Мощность процессора, Вт
Работа с видеоконтентом, баллы	334±6
MediaCoder x64 0.8.36.5757	118±2	108±2	89±2
SVPmark 3.0.3b, баллы	3300±300	83±5	64±5
Adobe Premiere Pro CC 2015.0.1	291±2	93±2	73,8±0,4
Adobe After Effects CC 2015.0.1	464±4	48,4±0,3	32,6±0,3
Photodex ProShow Producer 7.0.3257	394±2	68,7±0,3	52,0±0,3
Обработка цифровых фотографий, баллы	305±2
Adobe Photoshop CC 2015.0.1	627±4	67,63±0,09	49,90±0,06
Adobe Photoshop Lightroom 6.1.1	319,4±0,4	91,3±0,5	70,0±0,4
PhaseOne Capture One Pro 8.2	373±5	59±2	43±2
ACDSee Pro 8.2.287	207±2	54,6±0,4	38,3±0,4
Векторная графика, баллы	182,7±0,3
Adobe Illustrator CC 2015.0.1	356,7±0,7	39,19±0,08	24,40±0,09
Аудиообработка, баллы	290±3
Adobe Audition CC 2015.0	360±3	61,73±0,07	46,10±0,08
Распознавание текста, баллы	385±2
Abbyy FineReader 12 Professional	150,1±0,4	77,5±0,3	60,0±0,3
Архивирование и разархивирование данных, баллы	244±7
WinRAR 5.21 архивирование	104,2±0,3	69,57±0,08	51,77±0,07
WinRAR 5.21 разархивирование	6,8±0,4
Файловые операции, баллы	171±6
Скорость инсталляции приложений	333,2±0,7	35,3±0,4	20,6±0,3
Копирование данных	70±2	29,9±0,4	14,7±0,4
UltraISO Premium Edition 9.6.2.3059	27±3	22±2	7±2
Научные расчеты, баллы	289±7
Dassault SolidWorks 2016 SP0 с пакетом Flow Simulation	247±6	78,3±0,4	60,6±0,3
Интегральный результат производительности, баллы	266±6

Представим также результаты для мощности на диаграмме:

На диаграмме хорошо видно, что в различных тестах относительная разница между общей потребляемой мощностью и мощностью процессора различна: чем сильнее загружен процессор, тем эта разница меньше. К примеру, в тесте MediaCoder разница между общей мощностью и мощностью процессора составляет всего 17,6%, а в тесте UltraISO Premium Edition 9.6.2.3059 она достигает 66%.

Также напомним, что паспортная расчетная мощность процессора Intel Core i7-6700K составляет 91 Вт. Как видим, в штатном режиме работы процессора ни в одном из тестов эта расчетная мощность не превышается.

Заключение

Пока мы только начали наши эксперименты с измерением энергопотребления. Текущая версия программно-аппаратной реализации измерения энергопотребления имеет свои ограничения и, фактически, может использоваться только для тестирования процессоров. Однако уже одного этого достаточно, чтобы делать выводы относительно энергоэффективности процессоров, оценивать, какую тепловую мощность должен отводить кулер процессора, а также оценивать возможность разгона процессора без его перегрева.

В любой методике есть свои преимущества и недостатки. В нашем случае к преимуществам можно отнести тот факт, что данная методика с использованием внешнего измерительного блока обладает очень высокой точностью измерения и, в отличие от программных реализаций измерения различных параметров, никак не связана с датчиками и контроллерами мониторинга на самой материнской плате и в процессоре. К недостаткам данной методики можно отнести ограниченные возможности ее использования: измерительный блок жестко привязан к вполне конкретным разъемам питания на материнской плате и в случае их отсутствия использоваться не может. Как уже отмечалось, данный измерительный блок непригоден для тестирования ноутбуков, моноблоков, а также готовых ПК, поскольку если компьютер собран в закрытом корпусе, то подсоединить к нему измерительный блок может оказаться невыполнимой задачей.

Тем не менее, для тестирования таких законченных решений, как ноутбуки, моноблоки, неттопы и пр., где использование внешнего измерительного блока не представляется возможным, в скором времени мы анонсируем еще один плагин к нашему бенчмарку iXBT Application Benchmark 2016, который позволит контролировать мощность процессора, его температуру и даже загрузку в каждом тесте. Это будет уже исключительно программное решение, основанное на использовании специальной библиотеки, позволяющей получать программный доступ к датчикам и контроллерам мониторинга на материнской плате и в процессоре. Как и в известных программах, типа AIDA или HWiNFO, во время тестов будет производиться периодический опрос необходимых датчиков мониторинга, что позволит фиксировать среднее за время теста значение мощности процессора, его максимальную температуру и среднюю загрузку. Не всегда можно доверять показаниям этих датчиков, однако, как говорится, лучше так, чем никак. Впрочем, не будем забегать вперед. Это уже тема для отдельной статьи, где мы уделим внимание всем этим нюансам.

В ассортименте компаний AMD и Intel для десктопов всегда присутствуют энергоэффективные процессоры, но мало кто задумывается сколько они экономят электричества. Обычно производители снижают энергопотребление путем внедрение в алгоритм работы CPU профили с пониженной частотой. Например , вместо диапазона 3,8-4,4 ГГц процессор развивает частоту от 2,3 до 4,4 ГГц. Благодаря этому в работе при частичной или минимальной нагрузкой энергопотребление снижается со средних 90-120 ватт до 35-35 ватт. Насколько сильно это влияет на общее потребление мы и попытаемся выяснить.

Энергоэффективные процессоры: насколько высок уровень энергопотребления?

есть ли смысл в энергоэффективных процессорах?

• Энергоэффективные процессоры можно распознать по названию продукта. В случае с CPU производства компании Intel используется сокращение «S» или «T», AMD помечает такие процессоры маленькой буквой «e».
• Значение Thermal Design Power (TDP) у энергоэффективных процессоров находится в районе 35-45 Вт. У обычных процессоров, как правило, это значение находится в диапазоне от 65 до 95 Вт.

Энергоэффективные процессоры: есть ли в них смысл на самом деле?

• На практике низкий уровень энергопотребления энергоэффективных процессоров оказывается подходящим не для любой цели использования. Так как в большинстве случаев у таких процессоров работают два, а не четыре ядра, для выполнения заданий им может потребоваться несколько больше времени.
• Однако, настоящей проблемой это будет только при многопоточности. Для среднестатистического PC-пользователя Multithreading представляет из себя не самый большой интерес. По этой причине не слишком большая переплата за энергоэффективный процессор в большинстве случаев будет оправданной.
• Помимо экономии непосредственно на электричестве, вы получаете еще и несколько более тихую работу вентилятора системы охлаждения и меньшее количество выделяемого тепла. В случае с очень компактными системами этот фактор может оказаться чрезвычайно важным.
• Кроме того, для гейминга, как говорится, от случая к случаю, энергоэффективные процессоры, благодаря соответствующим графическим картам, тоже могут оказаться вполне пригодными. Тем не менее , учтите, что в многопользовательском режиме из-за проблем с многопоточностью энергоэффективные CPU могут стать вашим слабым местом.
• В среднем ПК потребляет от 100 до 350 ватт (системный блок), а на долю процессора приходится не более 100-120 ватт. Поэтому использование энергоэффективного CPU приводит к экономии 40-60 ватт, что на фоне суммарно используемой энергии не так уж и много.
• Покупка энергоэффективного процессора актуальна для miniITX систем. В таких корпусах используются материнские платы с системой питания невысокой мощности. Поэтому, установив CPU со сниженным энергопотреблением, вы уместите компактную систему охлаждения в корпус и избавитесь от чрезмерного выделения тепла.

Введение.
Достаточно давно мне хотелось остановиться на вопросах обеспечения снижения энергопотребления современных персональных компьютеров и ноутбуков. Многие пользователи оправданно зададут вопрос: "Зачем это надо? - производитель уже позаботился обо всех тонкостях энергопотребления моей системы. Как показывает опыт, к сожалению, это практически всегда не так. Если производители ноутбуков еще как-то стараются обеспечить снижение энергопотребления своих устройств, то с персональными компьютерами, как правило, все находится в запущенном состоянии.

Энергопотребление персональных компьютеров и необходимо снижать по следующим причинам:
- снижая энергопотребление ноутбука, вы продлеваете его время автономной работы,
- продлевая время автономной работы ноутбука, вы добиваетесь, снижения циклов заряда/разряда аккумуляторной батареи и продлеваете его срок службы,
- вместе с энергопотреблением снижается и тепловыделение компонентов ноутбука или персонального компьютера, что позволяет, с одной стороны, повысить стабильность работы системы, с другой стороны, продлить срок службы электрических компонентов,
- снижение энергопотребления персонального компьютера и ноутбука позволит сократить расходы на электричество. Для многих это до сих пор не критично, но стоимость электроэнергии растет день ото дня, государственная политика заставляет граждан устанавливать электросчетчики, количество компьютеров в семье увеличивается из года в год, длительность их работы удлиняется в пропорциональных масштабах, поэтому в технологиях снижения энергопотребления заинтересован каждый из нас.

Определение ключевых компонентов энергопотребления системы.

Несмотря на то, что современный персональный компьютер и ноутбук настолько различны между собой, как правило, они полностью идентичны по схемам строения. В ноутбуке производители стараются компоновать все, таким образом, чтоб максимально уменьшить итоговые размеры. В то время как любой персональный компьютер является модульной системой, любой компонент которой может быть заменен без каких-либо проблем.

Картинка кликабельна --

На представленном рисунке видны компоненты стандартного системного блока . Знание этих компонентов системы позволит вам еще на этапах сборки или апгрейда своего компьютера определиться с теми параметрами, которые позволят вам снизить энергопотребление системы. Итак, современный системный блок содержит:
- корпус,
- блок питания,
- материнская плата,

Оперативная память,
- видеокарта/видеокарты,
- жесткий диск/диски,
- привод компакт-дисков,
- дисководы,
- картридеры,
- системы охлаждения процессора, корпуса.
Звуковые карты, ТВ-тюнеры в отдельном исполнении редко встречаются в современных компьютерах. Во-первых, все существующие материнские платы имеют встроенные контроллеры звука, которые не уступают по качеству звучания дешевым звуковым картам и картам среднего ценового диапазона. Во-вторых, ТВ-тюнеры отслужили свой век, как и коаксиальное телевидение. В эпоху FulHD, IP-TV, DVB говорит о ТВ-тюнерах попросту излишне.

Энергосбережение: корпус и блок питания.

Для многих может показаться странным, обсуждать блок питания и корпус в контексте энергосберегающих технологий. Тем не менее, практика показывает, что пользователи зачастую выбирают корпус по внешнему виду и его ценовому параметру. При этом следует понимать, что малогабаритный, плохо вентилируемый корпус будет способствовать перегреванию компонентов системы и снижению стабильности работы того же процессора, оперативной памяти, материнской платы при снижении напряжений питания, чем мы будем заниматься в дальнейшем.

Блок питания может стать источником неэффективного энергопотребления в первую очередь. Любой современный блок питания должен обеспечивать высокие показатели КПД при преобразовании тока высокого напряжения в 12, 5 и 3,3 вольта.

Любой современный блок питания имеет соответствие одному из стандартов серии 80 Plus . Стандарт 80 Plus был принят еще в далеком 2007 году, в рамках энергосберегающих стандартов Energy Star четвертого пересмотра. Данный стандарт требует от производителей блоков питания обеспечение 80% КПД своих устройств при различных нагрузках, - 20%, 50% и 100% от номинальной мощности.

Из этого следует, что для обеспечения максимальной эффективности вашего блока питания, он должен быть нагружен не менее 20 % от своей номинальной мощности. Абсолютно не правильно, когда пользователь приобретает блоки питания "с запасом" на 900 и 1200 Ватт. При выборе блока питания руководствуйтесь тем, что без нагрузки на систему, нагрузка на него не должна падать ниже 20% и он должен иметь сертификат соответствия 80 Plus.

Картинка кликабельна --

Справедливости ради, нужно отметить, что на сегодняшний день стандарт 80 Plus дифференцировался на следующие категории:
- 80 Plus
- 80 Plus Bronze
- 80 Plus Silver
- 80 Plus Gold
- 80 Plus Platinum.

Различие между стандартами заключается в обеспечении более высоких показателей КПД внутри семейства стандарта 80 Plus. Если при 50% нагрузке блок питания стандарта 80 Pus обеспечивает КПД на уровне 80%, то дорогие блоки питания соответствующие стандарту 80 Plus Platinum обеспечивают КПД на уровне 94% и выше.

Энергосбережение: материнская плата.

На сегодняшний день материнские платы развиваются максимально быстро, не отставая от развития процессоров. Следует понимать, что материнские платы состоят из различных наборов контроллеров, обеспечение слаженной работы которых, и является основной задачей материнской платы. В большинстве случае, энергопотребление материнской платы зависит от вида примененного северного и южного моста. Современные северные мосты значительно снизили свое энергопотребление, что повлекло за собой уменьшение размеров их систем охлаждения. Многие пользователи помнят времена, когда система охлаждения северного моста состояла из нескольких тепловых трубок соединенных с радиаторами охлаждения. Появление последнего поколения системной логики от Intel позволило снова отойти на уровень обычных радиаторов.

В силу общих тенденций, многие именитые производители материнских плат, такие как Gigabyte , ASUS , MSI демонстрируют на выставках свои новые "экологичные" продукты. Как правило, экологичность данных решений достигается за счет оптимизации схем питания процессора и видеокарт, - основных потребителей любого системного блока. Как правило, это осуществляется за счет применения многофазных стабилизаторов напряжения процессоров.

Современные материнские платы , применяют в схемах питания от шести до двенадцати стабилизаторов напряжения. Данные схемы значительно повышают стабильность подаваемого напряжения, но увеличивают энергопотребление. Поэтому производители "экологичных" материнских плат оснащают их технологиями, которые при низкой нагрузке на систему питания выключают часть фаз, и питание процессора осуществляется за счет одной-двух фаз стабилизаторов напряжения.

При покупке материнской платы, также следует быть более внимательным. Приобретение "навороченной" материнской платы всегда оборачивается повышенным энергопотреблением. Если вам никогда не будет нужен порт FireWire, не следует за него переплачивать, а затем ежемесячно платить за то электричество, которое потребляет его контроллер на материнской плате.

Энергосбережение: процессор.

Ведущие производители процессоров AMD и Intel на протяжении последних десятилетий занимаются снижением энергопотребления своих продуктов. Следует отдать должное, вся эстафета была начата компанией AMD, в которой она удерживала прочное лидерство на протяжении двух-трех лет. Были времена, когда процессоры компании AMD с технологией Cool"n"Quiet имели значительно меньшее энергопотребление, нежели процессоры от компании Intel линеек Pentium 4 и Pentium D.

Компания Intel быстро наверстала свое отставание и внедрила технологию EIST - Enhanced Intel SpeedStep Technology, которая прекрасно себя показала в последних поколениях процессоров. В то время как новые процессоры от компании Intel обзаводятся все новыми и новыми технологиями энергосбережения и наращивают производительность, от компании AMD существенных рывков вперед мы не видим.

Как известно, ключевым энергопотребителем любого персонального компьютера или ноутбука является именно процессор, поэтому мы остановимся на вопросах снижения его энергопотребления.

Для того чтоб понять, как можно снизить энергопотребление , вы должны четко для себя представлять, от чего оно зависит. Энергопотребление современного процессора зависит:
- от напряжения питания подаваемого на транзисторы,
- частоты работы процессора. Частота работы процессора формируется из произведения его множителя на частоту шины.

По сути дела, технологии Cool"n"Quiet и EIST занимаются снижением энергопотребления именно за счет этих двух параметров. К сожалению, чаще всего мы сталкиваемся с работой не с напряжением питания процессора, а с работой его частотой. При снижении нагрузки на процессор энергосберегающие технологии снижают множитель процессора и тем самым добиваются снижения энергопотребления процессора. При появлении нагрузки на процессоре, множитель возвращается на прежние значения, и процессор работает, как ни в чем не бывало. К сожалению, данная методика снижения энергопотребления не всегда позволяет добиться высокой энергоэффективности. Покажем на примере.
В качестве примера выбран процессор Core 2 Duo с номинальной частотой работы 2,0 Ггц.

Картинка кликабельна --

Из представленной диаграммы видно, что температура работы процессора без включения режима энергосбережения, при номинальном множителе x12 и напряжении питания 1,25 вольт мы имеем рабочую температуру порядка 55-56 градусов в простое.

Картинка кликабельна --

После подачи нагрузки на процессор, при аналогичных условиях работы мы фиксируем среднею температуру работы порядка 71-72 градусов, что и было зафиксировано на наших диаграммах.
Температура ядер снимается по внутренним датчикам, поэтому погрешности минимальны. Учитывая тот факт, что между энергопотреблением процессора и его рабочей температурой имеется прямопропорциональная связь, мы будем ориентироваться на данный параметр при оценке его энергоэффективности.
Следующим этапом мы снизили множитель до минимально возможных значений, до 6. При этом частота процессора составила 997 Мгц, грубо можно округлить до 1 Ггц. Напряжение питания осталось неизменным, в районе 1,25 вольт.

Картинка кликабельна --

Из представленных данных видно, что в режиме простоя, рабочая температура процессора изменилась очень мало, она осталась, по-прежнему, в рамках 55-56 градусов. Отсюда напрашивается вывод о том, что от простого снижения частоты работы процессора мы выигрываем очень мало.

Картинка кликабельна --

После этого мы подали нагрузку на , но множитель и рабочее напряжение процессора оставили на прежнем уровне. Естественно, подобное тестирование имеет значение только с практической стороны, реализовывать его в жизни мы не рекомендуем. Связано это с тем, что именно от частоты процессора зависит его производительность, и никто не покупает высокочастотный процессор для его последующей работы на заниженных частотах. После стабилизации температурных значений, мы получили среднею рабочую температуру равную 65-66 градусам, что на шесть градусов ниже, чем при работе процессора на номинальной частоте равной 2 Ггц.
Из этого всего следует, что действительно энергосбережение от снижения рабочей частоты процессора путем изменения значения множителя имеет место быть, но оно не того уровня, которого нам бы хотелось видеть, в каждом конкретном случае. Поэтому мы приступаем к работе с напряжением процессора.

Наш процессор и материнская плата позволяют изменять напряжение питания процессора в промежутке 0,95-1,25 вольт. Шаг составляет 0,0125 вольт. Это связано с тем, что процессор установлен в ноутбуке, материнские платы которых, редко когда дают возможность менять рабочие напряжения компонентов в широких диапазонах.
Для того чтоб доказать эффективность снижения рабочего напряжения процессора в плане снижения его энергопотребления и тепловыделения, мы оставим его рабочую частоту на уровне 1 Ггц, но параллельно снизим рабочее напряжение до минимально возможных значений, - 0,95 вольт.

Картинка кликабельна --

Данная манипуляция позволила нам снизить температуру простоя процессора до 45-46 градусов, что представлено на диаграмме. В данном режиме мы добиваемся максимально возможно низкого энергопотребления процессора. Снижение рабочего напряжения до 0,95 вольт позволило нам снизить рабочую температуру простоя на 10 градусов!!!

Картинка кликабельна --

Для оценки эффективности метода снижения рабочего напряжения процессора, мы подали на него нагрузку. В результате чего мы получили рабочую температуру в нагрузке равную 50-51 градусам, в то время как без изменения напряжения и аналогичной производительности системы на частоте 1 Ггц ранее мы получали 65-66 градусов. Полученные нами данные зафиксированы на диаграммах.

Энергопотребление процессора: выводы

- Из всего вышеизложенного следует, что для обеспечения высокой энергоэффективности процессора не следует только снижать рабочую частоту процессора, как это делается многими ноутбуками и персональными компьютерами в рамках энергосберегающих технологий от Intel и AMD. Снижение частоты работы процессора всегда должно сопровождаться снижением его рабочего напряжения.

Учитывая тот факт, что любой процессор может работать при более низком напряжении при более низких частотах своей работы, следует подобрать свое минимальное стабильное напряжение для каждой частоты его работы.

Для определения приблизительных рабочих напряжений для каждой частоты (множителя) процессора достаточно построить график прямой зависимости минимального напряжения от частоты путем нанесения максимальных и минимальных значений. Это значительно облегчит работу начинающим пользователям.

- Для обеспечения необходимой энергоэффективности процессора, необходимо правильно настроить существующие технологии или применять сторонние программные продукты, которые могли бы снижать частоту процессора, его напряжение при низкой нагрузке и повышать их при ее повышении.

Энергосбережение процессора: RightMark CPU Clock Utility (RMClock)

Утилита имеет небольшой вес, порядка 250 килобайт . Не требуется какой-либо установки, просто распаковываете его в выбранную папку и запускаете файл RMClock.exe. Для простоты ссылка на архив с программой будет представлена в конце нашей статьи.

На момент написания статьи последняя версия программы 2.35 имеет следующий функционал в рамках бесплатного использования:
- контроль тактовой частоты процессоры,
- контроль троттлинга,
- контроль уровня загрузки процессора, ядер процессора,
- контроль рабочего напряжения процессора,
- контроль температуры процессора/ядер процессора,
- постоянный мониторинг указанных параметров,
- возможность изменения напряжения процессора из операционной системы,
- возможность изменения множителя процессора (его частоты) из операционной системы,
- автоматическое управление частотой и напряжением процессора в зависимости от подаваемой нагрузки на него. Концепция носит название "Perfomance on demand" или "производительность по требованию".

Картинка кликабельна --

Запустив программный продукт, вы попадаете в один из разделов его меню. Мы перечислим весь функционал RightMark CPU Clock Utility по порядку. В разделе About представлена информация о разработчиках, их сайте, и ссылка на лицензионное соглашение. Базовая версия продукта поставляется бесплатно для некоммерческих целей, никакой регистрации не требуется. Имеется профессиональная версия, которая предоставляет гораздо более широкий функционал настроек работы системы и стоит символические 15 долларов. Для начинающего пользователя возможностей базовой версии вполне хватит.

Картинка кликабельна --

В закладке "Settings " представлены настройки программы для удобства его использования. К сожалению, русского языкового пакета, который встречался в ранее выпущенных версиях продукта, в нашем случае не оказалось, но в этом нет ничего страшного. В данной закладке имеется возможность выбора цвета оформления и, прошу обратить внимание, - режим автозапуска.

За режим автозапуска отвечает подраздел "Startup options ". Автозапуск RightMark CPU Clock Utility при загрузке операционной системы позволяет максимально легко решить вопросы энергосбережения без вмешательства в BIOS компьютера, что особенно полезно, когда BIOS не предоставляет каких-либо возможностей по изменению рабочего напряжения и множителя процессора. Подобное встречается в BIOS"ах современных ноутбуков.

Поставив галочку в окне пункта "Start minimized to system tray " вы избавите себя от надобности постоянно закрывать окно программы при очередном запуске. Оно будет выполнять свои задачи после автоматического запуска с предварительным свертыванием.

Пункт "Run at Windows startup :" позволяет установить автоматический запуск программного продукта и выбрать, как это делать. В нашем случае мы осуществляем автоматический запуск через реестр, также имеется возможность автоматического запуска через папку "Автозагрузка". Оба варианта прекрасно работают, начиная от Windows XP заканчивая Windows 7.

Имеется возможность записи необходимых параметров работы процессора в Log-файл . Данный параметр бывает необходим для выяснения причин нестабильной работы системы.

Картинка кликабельна --

В закладке "CPU info " представлена информация о процессоре, его характеристики на текущий момент. Перечислены поддерживаемые технологии энергосбережения. Чем более современный процессор, тем больше технологий он поддерживает.

Картинка кликабельна --

В закладке "Monitoring " представлены диаграммы изменения рабочей частоты ядра процессора, его троттлинг, нагрузка на него, множитель, рабочее напряжение и температура. Количество вкладок соответствует количеству ядер процессора.

Картинка кликабельна --

Во вкладке "Management " пользователю предоставляется возможность выбора метода переключения множителей, методов определения фактической нагрузки на процессор, интеграции программного продукта с энергосберегающими технологиями операционной системы.

Пункт "P-states transitions method " позволяет выбрать метод перехода от одной заданной комбинации множителя-напряжения на другой. Имеются следующие возможности выбора:
- Single-step: множитель переключается с шагом равной единице. То есть при переходе с множителя 10 на множитель 12 всегда будет промежуточное звено 11.
- Multi-step: переход будет осуществляться с переменным шагом. В случае нашего примера, с 10 сразу на 12.

Пункт "Multi-CPU load calculation " позволяет определить метод определения загрузки процессора. Данный параметр будет влиять на скорость переключения комбинации множитель-напряжение на процессоре. В каждом случае подбирается исходя из индивидуальных особенностей работы пользователя. Обычно данный параметр мы не меняем и оставляет на указанном на скрине значении, который означает, что оценка будет осуществляться по максимальной нагрузке любого из ядер процессора.

Пункт "Standby/hibernate action " позволяет выбрать действие программы при переходе в режим гибернации или сна. Как правило, оставление текущего профиля работы является вполне достаточным.

В разделе "CPU Default Settings " представлены следующие пункты:
- Restore CPU defaults on management turns off, который позволяет вернуть первоначальные параметры работы процессора после выбора режима "No Power Managemet".
- Restore CPU defaults on application exit, который позволяет вернуть первоначальные параметры работы процессора после выключения RightMark CPU Clock Utility.

В разделе "CPU defeaults selection" выбирается метод определения комбинаций множитель-напряжение у процессора:
- CPU-defined default P-state, комбинация определяются процессором,
- P-state found at startup, комбинации определяются при загрузке программы,
- Custom P-state, комбинации устанавливаются вручную.

Пункт "Enable OS power management integration " позволяет создать профиль в схемах энергопотребления системы под названием "RMClock Power Management".

Картинка кликабельна --

В разделе "Profiles " пользователю предлагается задать те самые комбинации множитель-напряжение, - P-state. Во-первых, предлагается выбрать профили в зависимости от режима энергопотребления, - сеть или батарея/ИБП.

Ниже предлагается выбрать множители процессора и напряжение для них в каждом конкретном случае. Как правило, я выбираю три значения:
- минимальный множитель и минимальное напряжение для него,
- максимальный множитель и минимально рабочее напряжение для него,
- среднее значение множителя, а напряжение для него устанавливается самой программой исходя из максимальных и минимальных значений.

Как правило, подобный подход подходит для большинства ноутбуков и персональных компьютеров. Естественно, бывают исключения, и пользователю приходится длительно подбирать минимальное напряжение для каждого множителя.

Картинка кликабельна --

Затем устанавливаете галочки для уже выбранных профилей в соответствующих разновидностях работы программы:
- No management - без управления, в настройках не нуждается
- вкладки "Power Saving", "Maximal performance", "Perfomance on Demand" по сути дела равнозначны и позволяют установить диапазоны изменения множителей-напрежения процессора.

Например, в нашем случае для вкладки "Power Saving " мы выбрали минимально возможный множитель и напряжением, для вкладки "Maximal performance" максимальный множитель и минимально рабочее напряжение при данной частоте у процессора.

В разделе производительность по требованию "Perfomance on Demand " выбрали три комбинации множитель-напряжение:
- x4-0,95 вольт
- x9-1,1 вольт
- x12-1,25 вольт.

Картинка кликабельна --

Затем наводите на значок в области уведомлений рабочего стола программы RightMark CPU Clock Utility и выбираете необходимые параметры процессора, которые всегда должны вам показываться и выбираете текущий профиль работы. Я всегда ставлю для мониторинга частоту процессора и его температуру работы, что всегда удобно и отчасти интересно.

Картинка кликабельна --

На рисунке представлены три пиктограммы в области уведомлений рабочего стола:
- пиктограммы программы RightMark CPU Clock Utility,
- текущая частота процессора,
- его текущая температура.

Картинка кликабельна --

На скрине представлены диаграммы работы процессора в режиме "Производительность по требованию ". Видно, как программный продукт при увеличении нагрузки на процессор ступенчато увеличивает его множитель и напряжение вначале до x9-1,1 вольт и при необходимости до максимальных x12-1,25 вольт. Как только нагрузка падает, все ступенчато возвращается обратно.
Подобная регулировка практически никак не влияет на итоговую производительность системы.

Картинка кликабельна --

Во вкладке "Battery info " предлагается выбрать способы оповещения о состоянии аккумуляторной батареи ноутбука.

Во вкладке "Advanced CPU settings " предлагается выбрать опрашиваемые температурные датчики процессора, включаемые технологии энергосбережения.
Все эти энергосберегающие технологии описаны на сайте Intel . Мы просто хотим сказать, что, как правило, их включение не влияет на стабильность системы, поэтому - почему бы их не включить?

Наш процессор относится к раннему семейству процессоров Core 2 Duo . Современные процессоры поддерживает не активные у нас технологии:
- Engage Intel Dynamic Acceleration (IDA)
- Enable Dynamic FSB Frequency Switching (DFFS)

Первая технология позволяет процессору повысить множитель одного из ядер при отсутствии нагрузки на второе. Например, работают два ядра процессора при частоте 2,2 Ггц. Процессор оценивает, что нагрузка подается только на одно ядро, то его множитель будет повышен, и он начнет работать на частоте 2,4 Ггц. Технология интересная, но опасная на разогнанных процессорах.

Вторая технология позволяет добиться еще более сильного снижения рабочей частоты процессора в режимах простоя. Ранее мы говорили о том, что итоговая частота процессора - это всегда произведение множителя на частоту системной шины. Современные процессоры Intel в рамках технологии DFFS позволяют снижать не только значение множителя, но и частоту шины, что позволяет достичь еще более низких частот. Данная технология также опасна для разогнанных процессоров, так как можно получить нестабильность со стороны оперативной памяти.

Картинка кликабельна --

Пожалуй, это все что мы хотели рассказать о программном продукте RightMark CPU Clock Utility . Остается посоветовать следить за ее обновлениями. При этом не имеет смысл обновляться, когда у вас уже на протяжении многих месяцев все стабильно работает. Имеет смысл искать новую версию при смене процессора или переходе на более современную операционную систему.
Использование программы RightMark CPU Clock Utility позволит вам максимально продлить жизнь не только своего процессора, но и системы питания материнской платы, а также значительно снизить шум от системы охлаждения процессора, который не будет надрываться для его охлаждения, когда вы будете печатать, смотреть фильмы или просто листать страницы в Интернете.

Энергопотребление процессора: определяем минимальное рабочее напряжение

В своей статье я многократно указывал на то, что важно определить минимальное рабочее напряжение для каждой частоты работы процессора. Делается это путем проб и ошибок. Как правило, последовательно выполняется следующий цикл задач:
- снижение напряжения на один пункт,
- проверка стабильности процессора в стресс-тестовом программном продукте,
- понижение или повышение напряжения на один пункт в зависимости от результатов стресс-тестирования.

Для стресс-тестирования процессоров существует множество программных продуктов. Они были описаны в одной из наших статей. Считаю, что наиболее ценной из них является программа Prime95. Ссылка на нее будет предоставлена в конце статьи. Она полностью бесплатна и доступна для скачивания в сети.

Картинка кликабельна --

Последняя ее версия была выпущена в 2008 году, как раз тогда, когда было необходимо внедрить мультиядерность в тестирование. Имеется возможность выбора различных методов тестирования, указывать длительность тестирования, периодичность тестирования и т.д.

Картинка кликабельна --

Выбираем метод тестирования в разделе "Options "=> "Torture test " и запускаем его. Длительность тестирования полностью зависит от вас. Как правило, при определении ориентировочного минимального напряжения я дожидаюсь либо первой ошибки, либо провожу тестирование в течение получаса. Если полчаса теста прошло без ошибок, снижаем напряжение на один пункт и вперед заново.
После того, как вы определились с минимальным напряжением окончательно, имеет смысл оставить тест на ночь. За несколько часов кропотливой работы, практически всегда удается выявить возникающие ошибки.
Нередко, операционная система зависает или в лучшем случае, выдает "синий экран смерти ". Это говорит о том, что напряжение занижено и возникла ошибка, - следует поднять рабочее напряжение на процессоре для данной частоты.

Картинка кликабельна --

В нашем случае, мы определили минимальное рабочее напряжение для нашего процессора . Как оказалось, при максимальной частоте в 2 Ггц нашему процессору 1,25 вольт совсем не нужны. Он вполне стабильно работает и при 1,00 вольтах. Стабильность операционной системы была обнаружена и при режиме 0,975 вольт, но Prime95 сообщил об ошибке, которая пропала после поднятия напряжения до 1,00 вольт.

В итоге мы имеем

:
- процессор с неизменным уровнем производительности и частотой работы 2 Ггц,
- максимальную рабочую температуру в нагрузке 62-63 градуса, вместо привычных 72 градусов,
- более низкое энергопотребление, которое позволяет без каких-либо схем энергопотребления от Acer, Asus, Samsung, Gigabyte максимально продлить длительность работы ноутбука от аккумуляторной батареи не теряя уровня производительности,
- более низкое энергопотребление позволит сократить расходы на электричество, особенно, если указать данные значения в описанном выше программном продукте RightMark CPU Clock Utility.

В действительности, подобное низкое рабочее напряжение процессора для оверклоккера говорит всегда об одном, - об его высоком разгонном потенциале. Но нюансам разгона у нас будут посвящены другие статьи, - тема разгона процессора выходит за рамки темы об энергосбережении. Заключение.
Прочитав статью, у пользователя должен возникнуть вопрос: "Неужели производители настолько неумелые, что сами не понижают рабочее напряжение процессоров, особенно в ноутбуках, где это так критично?" Ответ прост и заключается в том, что процессоры выпускаются массово, ноутбуки также выходят с конвейера. Не в интересах производителей затягивать процесс производства, поэтому кому-то везет и его процессор показывает чудеса разгона, а у кого-то отказывается это делать, у кого-то процессор работает при напряжении 1,175 вольт, а у кого-то он стабилен и при 0,98 вольтах. Покупка электроники, - это всегда лотерея. Что скрыто под этикеткой в каждом конкретном случае, познается только на практике.
В заключение хочется поблагодарить разработчиков программных продуктов RightMark CPU Clock Utility и Prime95 , которым наш портал МегаОбзор вручает золотую почетную медаль. Ждем ваших вопросов и напоминаем, что все, что вы делаете со своей электроникой, вы делаете на свой страх и риск.

RightMark CPU Clock Utility можно найти по .
Описанную в статье программу Prime95 можно найти по .

ВведениеВсе тестирования процессоров, сделанные нашей лабораторией, включают в себя несколько обязательных пунктов. В их числе - исследование производительности, проверка на разгон, а также тесты энергопотребления и тепловыделения. Такого набора практических данных оказывается вполне достаточно для того, чтобы, основываясь на информации о ценах продукта, составить о нём всестороннее и обоснованное мнение. Однако при этом подходе вне сферы нашего внимания остаются некоторые специфические моменты, интересные как энтузиастам, так и просто любознательным пользователям. Поэтому на этот раз мы решили отойти от нашей привычной схемы, и выполнить не совсем обычное тестирование центральных процессоров: отрешиться от цен и абсолютной производительности, а акцентировать внимание на разгоне и энергопотреблении.

Казалось бы, в росте энергопотребления и тепловыделения при увеличении частоты процессора нет ничего удивительного. Давно известно, что эти величины связаны между собой пропорциональной зависимостью. Увеличение же напряжения питания процессора, нередко необходимое при разгоне, влечёт за собой квадратичный прирост тепловых и электрических характеристик. Однако в этих двух элементарных правилах фигурируют неизвестные нам коэффициенты пропорциональности, которые зависят от процессорной архитектуры, числа ядер, технологического процесса по которому сделан процессорный кристалл и проч. Поэтому предложить единую формулу, позволяющую оценить тепловыделение и энергопотребление любого разогнанного процессора, невозможно. А раз мы не можем дать чёткий ответ о влиянии разгона на тепловыделение и энергопотребление процессора с теоретических позиций, приходится обращаться к практике.

Актуальность такого тестирования обусловлена тем, что разгон стал чрезвычайно популярным явлением. Те времена, когда разгон был доступен лишь избранным энтузиастам, хорошо разбирающимся в компьютерной схемотехнике и не чурающимся паяльника, безвозвратно ушли. Сегодня подавляющее большинство имеющихся на рынке платформ допускают разгон процессора, настроить который можно простейшими манипуляциями в BIOS Setup материнской платы. Современные же процессоры со своей стороны обладают существенным нераскрытым частотным потенциалом. Даже без применения каких-то специальных технических средств их тактовая частота практически всегда может быть повышена на 20-30 % выше номинала, а при удачном стечении обстоятельств разгон можно довести и до 50 %.

Всё это стало результатом изменившегося подхода производителей процессоров к декларированию частот своих продуктов. То, что для выпуска старших и младших моделей в одной линейке используется один и тот же технологический процесс, в результате чего младшие процессоры могут функционировать на частотах старших продуктов - далеко не новость. Этой особенностью производственного процесса оверклокеры успешно пользуются уже почти два десятилетия. Однако теперь появился и ещё один нюанс. Раньше частоты старших моделей назначались исключительно исходя из частотных возможностей сходящих с конвейера полупроводниковых кристаллов. Теперь же, когда сложность процессоров многократно возросла, что привело к росту их тепловых и электрических характеристик, при присвоении таковых частот процессорам во внимание принимаются и такие характеристики, как тепловыделение и энергопотребление. Иными словами, рамками для тактовой частоты старших моделей нередко выступает не столько потенциал лежащих в их основе полупроводниковых кристаллов, сколько их тепловыделение.

Например, сегодня для «настольных» процессоров приняты несколько типовых значений тепловыделения под нагрузкой: 130 Вт или 95 Вт для производительных моделей и 73 или 65 Вт - для общеупотребительных и бюджетных. В результате, несмотря на то, что многие серийно производящиеся полупроводниковые процессорные кристаллы способны без проблем работать на частоте 4 ГГц, реальные процессоры на их основе такую номинальную частоту получить не могут, поскольку их тепловыделение при этом выходит за установленные рамки. Ограничения же по типичному тепловыделению берутся не с потолка - они в первую очередь обуславливаются возможностями существующих систем охлаждения приемлемой для каждой из ценовых категорий стоимости, а во вторую - конструктивными особенностями процессорных схем питания на материнских платах.

К слову, о смысле значения TDP: как нетрудно догадаться из скромности набора значений и того факта, что процессоры с разными частотами могут иметь одинаковый TDP, величина TDP не является реальным энергопотреблением процессора. TDP - это величина, на которую должны ориентироваться производители материнских плат и систем охлаждения, чтобы гарантированно обеспечить поддержку данной модели. Реальное же энергопотребление может быть ниже TDP, иногда - значительно ниже. Ряд значений TDP намеренно сделан коротким, чтобы максимально упростить систематизацию систем охлаждения и питания процессоров.

Возвращаясь же к основной теме разговора, можно сделать два вывода. Первый: разгон как средство достижения более высокой производительности - это один из вполне эффективных и доступных для каждого способов. Современные процессоры имеют нераскрытый частотный потенциал, задействовать который можно без особых усилий. Большинство современных материнских плат предоставляют пользователям весь необходимый для этого инструментарий. Второй: если уж вы решили связаться с разгоном процессора, нужно быть готовым к росту его тепловыделения и энергопотребления и выхода этих величин за расчётные значения. Система охлаждения процессора должна обладать достаточной производительностью, а конвертер питания на материнской плате должен не сгореть при значениях токов, превышающих номинальные.

В рамках данного материала мы как раз и посмотрим, как изменяется энергопотребление процессоров (и связанное с ним прямой зависимостью их тепловыделение) при разгоне. То есть то, что энергопотребление платформ при этом увеличивается, понятно и без тестов. Но вот масштаб изменения электрических и тепловых характеристик при увеличении частот процессоров свыше штатных значений заслуживает отдельного исследования. Какой «запас прочности» должны иметь оверклокерские материнские платы и системы охлаждения? Насколько страдает энергетическая эффективность систем, когда речь заходит о разгоне? Блоков питания какой мощности достаточно энтузиастам? Примерно так выглядит круг вопросов, освещению которых посвящена эта статья.

Как мы тестировали

Стремясь сделать результаты нашего тестирования интересными для максимального числа читателей, исследование влияния разгона на энергопотребление мы решили выполнять сразу на примере нескольких распространённых моделей процессоров, имеющих различное строение и микроархитектуру. Поэтому, для тестов было задействовано сразу четыре распространённые тестовые платформы: LGA775, LGA1156, LGA1366 и Socket AM3. Именно этим объясняется достаточно обширный список тестового оборудования, использовавшегося в тестировании:

Материнские платы:

ASUS P5Q3 (LGA775, Intel P45, DDR3 SDRAM);
ASUS P7P55D Premium (LGA1156, Intel P55 Express);
Gigabyte EX58-UD5 (LGA1366, Intel X58 Express);
Gigabyte MA785GT-UD3H (Socket AM3, AMD 785GX + SB750, DDR3 SDRAM).

Память: 2 x 2 ГБ, DDR3-1333 SDRAM, 9-9-9-27 (Kingston KHX1600C8D3K2/4GX);
Графическая карта: ATI Radeon HD 5870.
Жёсткий диск: Western Digital VelociRaptor WD3000HLFS.
Блок питания: Tagan TG880-U33II (880 Вт).
Процессорный кулер: Thermalright Ultra-120 eXtreme.
Операционная система: Microsoft Windows 7 Ultimate x64.
Драйверы:

Intel Chipset Driver 9.1.1.1020;
ATI Catalyst 10.1 Display Driver.

Для снятия тестовых данных об энергопотреблении мы воспользовались нашим фирменным аппаратно-программным измерительным комплексом, подробно описанным в статье «Энергопотребление компьютеров: так сколько нужно ватт? ». Не касаясь конструкционных особенностей этого комплекса, заметим, что его использование вместо применения электрических счётчиков, амперметров, токовых клещей, шунтов и вольтметров позволяет получить не только более точные результаты, но и в реальном времени отслеживать изменение токов по различным линиям питания. Благодаря этому, среди результатов тестов мы покажем не только усреднённые, но и максимальные значения потребления. Также в сфере нашего внимания окажутся не только значения тока, поступающего на материнскую плату через выделенный для питания процессора 12-вольтовый разъём, но и токи, забираемые материнской платой через стандартный 24-контактный ATX-разъём по 12-, 5- и 3.3-вольтовой линиям питания. Необходимость анализа всех этих данных обуславливается тем, что многие современные процессоры, в первую очередь, интеловского производства, используют комбинированную схему подключения питания, использующую не только выделенную для процессорного преобразователя напряжения 12-вольтовую линию питания.

Плата измерительной системы



Измерительная система в сборе с блоком питания

Также необходимо заметить, что в рамках этого материала, когда речь заходит о полном энергопотреблении платформы, имеется в виду потребление, измеренное не до, а после блока питания. То есть, в данном контексте мы не принимаем во внимание эффективность блока питания, а оперируем «чистыми» цифрами, относящимися именно к энергопотреблению компонентов системы по отдельности и в сумме.

Прежде чем перейти к анализу замеров потребления при различной нагрузке, давайте подробнее познакомимся с теми процессорами, которые мы выбрали для исследования. В рамках этого знакомства мы попробуем разогнать каждый из тестовых процессоров и посмотрим, как и по каким законам при этом изменяется их предельное энергопотребление.

Процессоры: предварительная оценка энергопотребления

AMD Athlon II X2 255

Athlon II X2 255 - это старший представитель процессорного семейства Regor, в основе которого лежат собственные двухъядерные полупроводниковые кристаллы, производимые по 45-нм технологии. Такие процессоры предназначаются для Socket AM3 и являются одними из самых демократичных с точки зрения цены вариантов для этой платформы. Штатная частота Athlon II X2 255 равна 3,1 ГГц, объём кэша второго уровня составляет 1 Мбайт на каждое из двух процессорных ядер. Полностью характеристики этого процессора видны на скриншоте диагностической утилиты CPU-Z.

Номинальное напряжение нашего экземпляра процессора установлено равным 1,4 В, напряжение же встроенного в процессор северного моста составляет 1,175 В. Расчётное типичное тепловыделение этого процессора под нагрузкой, согласно спецификации, равно 65 Вт. Наша тестовая платформа с этим процессором, работающим в штатном режиме, без разгона, потребляла около 111 Вт, при этом на потребление по выделенной под процессор 12-вольтовой линии питания приходилось около 63 Вт, что достаточно близко к расчётным значениям.

Что касается разгона, то без повышения напряжений процессор сохранял полную работоспособность вплоть до 3,6 ГГц. Дальнейшее повышение частоты оказалось возможно лишь с увеличением напряжения питания процессорного ядра, подняв которое до 1,5 В, мы смогли добиться устойчивого функционирования Athlon II X2 255 при 3,8 ГГц.

Следует отметить, что разгон Athlon II X2 255 в процессе наших экспериментов выполнялся путём увеличения частоты тактового генератора, а значит, вместе с ростом частоты процессора росла и частота встроенного в процессор северного моста. Однако в нашем случае это не вызвало никаких проблем: процессоры серии Athlon II не имеют кэша третьего уровня, а потому при разгоне они оказываются куда менее капризны, чем их старшие собраться, относящиеся к серии Phenom II.

Для знакомства с характером зависимости энергопотребления от частоты Athlon II X2 255 мы сняли соответствующие показатели в нескольких ключевых точках, описанных в следующей таблице.

Общее потребление тестовой платформы, снятое в перечисленных ключевых точках, приведено на графике. Измерения выполнялись в состоянии максимальной нагрузки на центральный процессор, создаваемой, как уже было сказано выше, утилитой LinX 0.6.4.

Нетрудно заметить, что наиболее существенный прирост энергопотребления происходит лишь тогда, когда увеличивается напряжение питания процессора. До этого же момента график энергопотребления выглядит полого: 16-процентный прирост тактовой частоты с 3,1 до 3,6 ГГц влечёт за собой всего на всего 8-процентное увеличение энергопотребления платформы. Увеличение же частоты с 3,6 до 3,8 ГГц с увеличением напряжения на процессоре на 0,1 В моментально приводит к 17-процентному скачку энергопотребления.

Эти же цифры ещё лучше можно проиллюстрировать графиком потребляемого тока по основным линиям питания материнской платы.

Как видим, основная нагрузка ложится на выделенную 12-вольтовую линию питания процессора. Соответственно, в то время как разгон практически не сказывается на токах, идущих через 24-контактный разъём питания материнской платы, потребление по выделенной для процессора 12-вольтовой процессорной линии изменяется с 62 до 91 Вт. Причём, при переходе от частоты 3,6 ГГц к частоте 3,8 ГГц (то есть в тот момент, когда разгон начинает требовать повышения напряжения CPU), процессорное энергопотребление подскакивает более чем на 20 Вт.

AMD Athlon II X4 635

Второй участвовавший в тестировании процессор компании AMD, Athlon II X4 635, хотя и относится к тому же семейству Athlon II, на самом деле в корне отличается от моделей с суффиксом X2. В основе этого процессора лежит полупроводниковое ядро с кодовым названием Propus, оно представляет собой монолитный четырёхъядерный кристалл, производимый по 45-нм технологии. С пользовательской же точки зрения Athlon II X4 635 интересен тем, что это - один из самых дешёвых четырёхъядерных процессоров, присутствующих на рынке. Что же касается характеристик, то Athlon II X4 635 предназначен для использования в составе платформы Socket AM3, а его тактовая частота установлена равной 2,9 ГГц. Следует отметить, что в отличие от процессоров серии Phenom II, Athlon II X4 лишён кэш-памяти третьего уровня, а объём L2 кэша составляет по 512 Кбайт на каждое ядро.

Номинальное напряжение нашего экземпляра Athlon II X4 635 составляло 1,4 В, а напряжение на встроенном в процессор северном мосту было установлено равным 1,175 В. Иными словами, Athlon II X4 635 использует такие же напряжения как и его собрат, обладающий двумя, а не четырьмя вычислительными ядрами. Тем не менее, удвоенное количество ядер не преминуло сказаться на расчётном тепловыделении процессора, которое для Athlon II X4 635 составляет 95 Вт. Что же касается практических величин, то наша система с этим процессором, работающим на штатных 2,9 ГГц, потребляла под нагрузкой 146 Вт - на 35 Вт больше, чем эта же платформа, когда в неё был установлен двухъядерный Athlon II X2 255. Практическое потребление по выделенной на процессор линии питания при этом составляло 96 Вт.

Надо сказать, что процессоры семейства Propus следует отнести к числу современных продуктов, наименее дружественных разгону. В то время, как большинство широко доступных процессоров способно разгоняться до частот порядка 4 ГГц, тестовый Athlon II X4 635 смог покорить лишь отметку 3,5 ГГц, причём для устойчивой работы в таком состоянии нам даже пришлось увеличить на 0,1 В его напряжение питания. Без изменения же этого напряжения максимальная частота составила 3,4 ГГц. Как и в предыдущем случае, при разгоне мы оперировали частотой тактового генератора, так как множитель у Athlon II X4 635 заблокирован.

Для знакомства с характером зависимости энергопотребления от частоты, также как и в предыдущем случае, был проведён ряд последовательных измерений. Описание ключевых точек и основных настроек, сделанных в тестовой системе, приводится в таблице.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.

График общего потребления тестовой платформы при максимальной нагрузке в зависимости от частоты процессора выглядит следующим образом.

Наблюдаемая картина для нас не нова. До тех пор, пока напряжение на процессоре не изменяется, рост энергопотребления идёт строго по линейному закону, причём с достаточно небольшим коэффициентом. Но стоит только выполнить небольшой прирост напряжения питания процессора, как на графике наблюдается резкий скачок в потреблении. Например, в нашем случае переход напряжения питания процессора от 1,4 В к 1,5 В выливается в 25-ваттное увеличение энергопотребления при том, что остальные напряжения в системе не изменяются, а частота процессора возрастает лишь на жалкие 100 МГц.

А вот так выглядит второй график, на котором показано изменение значений питающих процессор и материнскую плату токов при разгоне процессора.

Внимания заслуживает, пожалуй, лишь только кривая, иллюстрирующая рост тока, потребляемого процессором. По крайней мере, как и в предыдущем случае, изменение частоты процессора практически не влечёт за собой никаких перемен в токах, потребляемых материнской платой через 24-контактный разъём. Что же касается процессорного энергопотребления, то при разгоне Athlon II X4 635 с 2,9 до 3,5 ГГц оно изменяется с 96 до 137 Вт, причём львиная доля этого прироста приходится на промежуток с 3,4 до 3,5 ГГц, для прохождения которого мы пользовались увеличением напряжения питания.

AMD Phenom II X2 555

Помимо процессоров Socket AM3, продающихся под торговой маркой Athlon II, для тестов были взяты и процессоры AMD более высокого класса - Phenom II. Поскольку в этом семействе производитель предлагает варианты с различным количеством вычислительных ядер, для тестирования мы выбрали один четырёхъядерный и один двухъядерный процессор. В качестве последнего был выбран Phenom II X2 555 - старший из процессоров Socket AM3 с двумя вычислительными ядрами, оснащённый кэш-памятью третьего уровня. Этот процессор основывается на таком же 45-нм полупроводниковом кристалле Deneb, что и четырёхъядерные процессоры Phenom II X4, но в нашем случае два из четырёх ядер деактивированы. Тактовая частота Phenom II X2 555, согласно спецификации, составляет 3,2 ГГц. Каждое из двух ядер процессора обладает собственной кэш-памятью второго уровня объёмом по 512 Кбайт, а в дополнение к этому процессор располагает и общим на все ядра L3-кэшем, размер которого - 6 Мбайт.

Поскольку для производства всех своих современных процессоров компания AMD использует один и тот же технологический процесс с 45-нм нормами, совершенно неудивительно, что их электрические характеристики оказываются похожи. Так, наш экземпляр Phenom II X2 555 ориентирован на работу при привычном напряжении 1,4 В, но отличается от рассмотренных выше процессоров Athlon II слегка более высоким напряжением на встроенном северном мосту, включающем L3-кэш, - 1.2 В.

Наличие L3 кэша и более высокая тактовая частота выливается в то, что расчётное типичное тепловыделение процессоров Phenom II X2 превышает аналогичную характеристику процессоров Athlon II X2. Для Phenom II X2 555, как, впрочем, и для других представителей этого семейства TDP установлено равным 80 Вт. На практике же тестовый экземпляр Phenom II X2 555 потреблял при максимальной нагрузке 74 Вт, а энергопотребление системы на его основе доходило до 123 Вт.

Процессорный кристалл Deneb - один из самых разгоняемых в ассортименте компании AMD. Процессорам, основанным на таких кристаллах, нередко покоряются частоты порядка 4 ГГц без применения каких-либо специальных систем охлаждения. Не стал исключением и тестовый Phenom II X2 555, который мы в конечном итоге смогли разогнать до пресловутой 4-гигагерцовой отметки. Впрочем, для этого пришлось на 0,15 В увеличить напряжение питания. Но и если не прибегать к этой мере, разгон Phenom II X2 555 приносит неплохие результаты: этот процессор оказывается способен к устойчивому функционированию на частоте 3,8 ГГц при номинальном напряжении 1,4 В.

Следует упомянуть, что Phenom II X2 555 относится к серии Black Edition, что означает наличие у этого процессора незаблокированного множителя. Именно поэтому разгонять его можно совершенно элементарно, не увеличивая частоту тактового генератора и не меняя частоты шины HyperTransport, памяти и встроенного в процессор северного моста. Этой возможностью мы и воспользовались при проведении нашего предварительного «оценочного» тестирования.

Значения частоты, при которых были сняты показатели энергопотребления, описываются в таблице.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях. Кроме того, хочется отметить, что выполненный в данном случае разгон, в основе которого лежит изменение разблокированного коэффициента умножения - это хотя и удобный, но не самый лучший с точки зрения энергетической эффективности подход. Дело в том, что изменение и фиксация множителя приводит к отключению технологии Cool"n"Quiet, снижающей частоту процессора в моменты простоя. Поэтому, если вы хотите добиться повышения производительности через разгон, но при этом не проиграть в экономичности системы в моменты простоя, мы не рекомендуем пользоваться разблокированным множителем процессоров AMD, относящихся к серии Black Edition.

Результаты измерения полного энергопотребления системы, оснащённой процессором Phenom II X2 555, при полной его загрузке, приводятся на графике.

Картина привычна и не вызывает удивления. До тех пор, пока разгон выполняется без повышения процессорного напряжения, то есть в промежутке от 3,2 до 3,8 ГГц, рост общего энергопотребления системы происходит линейно, примерно по 2-3 Вт на каждые 200 МГц. Дальше же следует резкий скачок потребления, вызванный увеличением напряжения на процессоре. Соответственно, следующие 200 МГц обходятся нашей системе во внушительные 37 Вт.

Раскладка энергопотребления платформы по питающим линиям приводится ниже.

И при увеличении частоты процессора, и при возрастании его питающего напряжения, прирост тока отмечается только на одной линии - той, которая выделена на процессор и подводится к материнской плате посредством отдельного 8-жильного кабеля. Остальные же токи при разгоне остаются неизменны. Кстати, заметьте, насколько сильно может увеличиваться потребление процессора при максимальном разгоне. Даже двухъядерный Phenom II X2 555, работая на частоте 4,0 ГГц, расходует 120 Вт, что, между прочим, в полтора раза превосходит его паспортное тепловыделение. Если же разгон выполняется без изменения напряжения питания, то питающий процессор ток увеличивается незначительно, в пределах 10 %. Поэтому такой разгон можно считать совершенно безопасным: с ним справятся любые, даже бюджетные, материнские платы, не обладающие усиленным конвертером питания процессора.

AMD Phenom II X4 965

Последний процессор компании AMD, выбранный нами для тестирования энергопотребления - Phenom II X4 965 - самая быстрая и самая дорогая на данный момент модель для Socket AM3, ориентированная на использования в настольных компьютерах. Этот процессор, как и Phenom II X2 555, основывается на 45-нм полупроводниковом кристалле Deneb, однако, в отличие от него, имеет четыре полноценных вычислительных ядра. Каждое из этих ядер обладает собственным 512-килобайтным L2-кэшем, а все вместе они снабжены разделяемым L3-кэшем объёмом 6 Мбайт. Штатная частота Phenom II X4 965 составляет 3,4 ГГц, и это - верхний предел частоты, которого достигли на сегодняшний день процессоры AMD.

Как видно по приведённому скриншоту диагностической утилиты CPU-Z, штатное напряжение тестового процессора Phenom II X4 было установлено равным 1,4 В. Судя по всему, это - наиболее распространённая величина напряжения для процессоров AMD, выпускаемых по 45-нм технологическому процессу. Встроенный северный мост, включающий контроллер шины HyperTransport, контроллер памяти и L3-кэш, использовал напряжение 1,1 В.

Компания AMD поставляет на рынок две модификации процессора Phenom II X4 965, имеющие разное расчётное тепловыделение - 140 или 125 Вт. Мы тестировали более новый вариант этого процессора, который основывается на кристалле ревизии C3 - его TDP составляет 125 Вт. Столь высокое расчётное типичное тепловыделение - это не пустой звук, наш испытательный стенд при установке в него этого процессора показал существенно более высокое энергопотребление, чем во всех иных случаях. Так, при максимальной процессорной нагрузке полное потребление системы достигало 186 Вт. Наибольшее же потребление Phenom II X4 965, работающего в номинальном режиме, по выделенной 12-вольтовой линии питания доходило до 137 Вт.

Кстати, любопытный факт: практическое энергопотребление четырёхъядерного Phenom II X4 965 почти вдвое превышает реальное потребление двухъядерного процессора Phenom II X2 555. Это означает, что львиная доля электроэнергии в процессоре расходуется именно вычислительными ядрами, а общие на все ядра части, вроде L3-кэша и контроллера памяти, вносят в итоговое энергопотребление сравнительно небольшой вклад.

Как уже было сказано, процессоры на ядре Deneb очень неплохо разгоняются. Phenom II X4 965 смог подтвердить репутацию этого ядра. Работая на штатном напряжении 1,4 В, тестовый CPU продемонстрировал стопроцентную стабильность при повышении частоты до 3,8 ГГц. Отодвинуть предел разгона ещё на 100 МГц мы смогли дополнительно увеличив напряжения питания до 1,5 В. А вот 4 ГГц нашему CPU так и не покорились: при такой частоте система загружалась и даже могла выполнять некоторые тесты, но полноценное тестирование на стабильность в LinX она не проходила.

Для исследования зависимости энергопотребления системы от частоты процессора, как и в предыдущих случаях, тесты были проведены в нескольких режимах с шагом 200 МГц. Поскольку Phenom II X4 965 относится к серии Black Edition и обладает разблокированным множителем, именно это его свойство мы и использовали в данном случае.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.

Кривая зависимости энергопотребления от частоты в обозначенных режимах получила следующие очертания.

Результаты совершенно типичны. До тех пор, пока мы не трогаем напряжение питания процессора, зависимость между энергопотреблением и частотой носит (с допусками на погрешности измерения) линейный характер. Но как только дело доходит до изменения напряжения питания, потребление совершает резкий скачок. Так, в случае с Phenom II X4 965 увеличение напряжения всего на 0,1 В выливается примерно в 40 Вт дополнительной нагрузки на блок питания. Причём, все эти дополнительные 40 Вт потребляются по 12-вольтовой процессорной линии питания, ток на которой при максимальном разгоне Phenom II X4 965 доходит до солидных 16 А.

Получается, что при разгоне до 3,9 ГГц Phenom II X4 потребляет ни много ни мало - 190 Вт. Это число прекрасно иллюстрирует то, каким перегрузкам подвергается конвертер питания процессора на материнской плате. Поэтому, если вы собираетесь заниматься разгоном и увеличивать напряжение питания процессора, необходимо уделять должное внимание выбору материнской платы с качественным процессорным конвертером питания, способным справляться с токами, значительно превышающими расчётные.

Core 2 Duo E7600

В то время как все актуальные предложения компании AMD унифицированы под один процессорный разъём Socket AM3, продукты Intel с данной точки зрения разнородны. В настоящее время этим производителем поддерживается три независимые платформы: LGA775, LGA1156 и LGA1366. Начнём же мы с рассмотрения наиболее возрастного процессорного гнезда. Первый выбранный нами для тестов процессор для платформы LGA775, Core 2 Duo E7600, основывается на 45-нм ядре Wolfdale, которое увидело свет ещё в начале 2008 года. К сегодняшнему дню процессоры на этом ядре опустились в нижние ценовые сегменты, однако благодаря их хорошей производительности и разгоняемости, они всё ещё привлекают внимание многих энтузиастов. В отличие от пилотных моделей процессоров с ядром Wolfdale, Core 2 Duo E7600 имеет несколько упрощённые характеристики. Его тактовая частота установлена в 3,06 ГГц, причём частота системной шины составляет всего 266 МГц, а объём разделяемого между ядрами L2 кэша равен 3 Мбайтам.

Несмотря на то, что для производства Core 2 Duo E7600 используется такая же технология с 45-нм нормами, что и при выпуске современных процессоров AMD, номинальное напряжение у процессора Intel существенно ниже. Для конкретного тестового CPU оно равнялось 1,275 В, да и в целом у серийных процессоров этого класса оно не должно превышать 1,3625 В. Как мы уже видели в первых тестах, напряжение питания очень сильно влияет на энергопотребление и тепловыделение, поэтому совершенно неудивительно, что TDP Core 2 Duo E7600 составляет всего лишь 65 Вт. На практике же полная система с этим CPU потребляла не более 95 Вт (при стопроцентной нагрузке на процессор, но не на видеокарту), а это значит, что Core 2 Duo E7600 существенно экономичнее, чем Athlon II X2 255. Ещё одной иллюстрацией этого можно считать значение потребления по выделенной для питания процессора линии - оно во время тестов без разгона не превысило и 45 Вт.

Учитывая, что используемая Core 2 Duo E7600 частота шины составляет всего 266 МГц, его разгон выполняется сравнительно просто, даже несмотря на то, что компания Intel блокирует множители всех своих процессоров за исключением самых дорогих. Без повышения напряжения питания мы смогли добиться стабильного разгона до 3,6 ГГц, а лучший результат, достигнутый в нашей тестовой системе, составил 4,0 ГГц. Все промежуточные шаги, использованные нами для выявления закономерностей между изменением частоты и энергопотребления задокументированы в таблице.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.

Стоит отметить, что в данном случае характер зависимости энергопотребления от частоты обещает быть несколько интереснее, чем у процессоров AMD. Здесь повышение напряжения пришлось использовать не только для того, чтобы «дожать» последнюю ступень в разгоне, а несколько ранее. Соответственно, излом пологой кривой и начало её резкого роста должно происходить не на последнем, а на предпоследнем шаге.

Собственно, так оно и есть. При этом существенный рост энергопотребления происходит только тогда, когда повышается напряжение на процессоре. При разгоне же с сохранением штатного напряжения питания увеличение частоты на каждые 200 МГц выливается лишь в 2-3-ваттное приращение энергопотребления. Иными словами, с точки зрения зависимости полного энергопотребления от частоты и напряжения процессора платформа LGA775 ведёт себя аналогично платформе Socket AM3.

А вот раскладка потребления по линиям питания материнской платы выглядит совершенно иначе.

Впрочем, практически наверняка можно говорить о том, что, если взять материнскую плату с другой реализацией схемы питания (например, другого производителя), картина будет отличаться. Тем не менее, обращает на себя внимание существенный ток по 3-вольтовой линии, слегка возрастающий при разгоне. Логично предположить, что от этой линии питается северный мост набора логики, который в LGA775 системах содержит контроллер памяти. Что же касается потребления по выделенной на процессор 12-вольтовой линии, то оно при разгоне Core 2 Duo E7600 возрастает ровно в два раза. Получается, что в то время как этот процессор при нагрузке в неразогнанном состоянии потребляет порядка 45 Вт, его 30-процентный разгон по частоте приводит к увеличению потребления до 94 Вт. Причём, основное нарастание энергопотребления происходит на последних двух шагах, когда для достижения стабильной работы помимо частоты FSB нам пришлось увеличивать и напряжение питания CPU.

Core 2 Quad Q9505

Второй LGA775 процессор, который мы отобрали для участия в тестах энергопотребления, это - четырёхядерный Core 2 Quad Q9505. Этот CPU не обладает уникальным полупроводниковым кристаллом, в его основе, фактически, лежит склейка из двух кристаллов Wolfdale, выпускаемых по 45-нм техпроцессу. Совершенно неудивительно, что получившееся при склейке сдвоенное ядро с названием Yorkfield имеет несколько странное строение кэш-памяти второго уровня, которая состоит из двух независимых частей по 3 Мбайта, каждая из которых является разделяемой на свою пару ядер. Что же касается частотных характеристик, то Core 2 Quad Q9505 работает при 2,83 ГГц, используя 333-мегагерцовую шину, которая в этом процессоре нужна не только для связи с набором логики, но и для общения пар ядер, не имеющими общей кэш-памяти, между собой.

Логично ожидать, что расчётное типичное тепловыделение такого четырёхъядерного процессора будет вдвое больше, чем у двухъядерных Core 2 Duo, основанных на кристаллах Wolfdale. Но это не совсем так: TDP для Core 2 Quad Q9505 установлено равным не 130, а 95 Вт. Тут сказывается и более низкая, чем у представителей двухъядерного семейства, тактовая частота этого процессора, и особенности производственного процесса. Дело в том, что для четырёхъядерных моделей Intel выбирает более удачные с точки зрения тепловыделения полупроводниковые кристаллы, менее же экономичные кристаллы разрезаются для использования в основе двухъядерных CPU. Поэтому совершенно неудивительно, что при практических испытаниях Core 2 Quad Q9505 в неразогнанной системе его энергопотребление при полной загрузке составило лишь около 70 Вт. Полное же энергопотребление тестовой платформы достигало при этом порядка 125 Вт, что можно рассматривать как ещё одно подтверждение большей экономичности платформы LGA775 по сравнению с платформой Socket AM3.

Разгон четырёхъядерных LGA775-процессоров - мероприятие не самое простое. Дело в том, что при достижении определённой частоты шины эти процессоры начинают «капризничать», причём очень часто проблемы возникают при частотах FSB порядка 450-475 МГц. К счастью, Core 2 Quad Q9505 имеет сравнительно высокий множитель, равный 8,5, что позволило нам добиться разгона до 3,9 ГГц без возникновения каких-то существенных проблем. Следует заметить, что также как и в случае с Core 2 Duo E7600, четырёхъядерный тестовый процессор смог стабильно работать при 3,6 ГГц на своём штатном напряжении, которое для нашего экземпляра составляло 1,275 В.

Для изучения законов изменения потребления при разгоне мы, также как и во всех остальных случаях, протестировали Core 2 Quad Q9505 с шагом по частоте в 200 МГц. Значения основных параметров платформы приводятся в таблице. Все остальные напряжения в системе во время проведения испытаний оставались на своих штатных значениях.

Итак, зависимость энергопотребления системы при полной процессорной нагрузке от частоты оказалась следующей.

Поскольку в относительном выражении Core 2 Quad Q9505 разогнался достаточно сильно, при тестировании нам удалось снять значения потребления в семи точках. Благодаря этому явно виден тот факт, что в случае постоянства питающего процессор напряжения зависимость между частотой его работы и энергопотреблением носит линейный характер. Далее же, за отметкой 3,6 ГГц, где изменяется не только частота, но и напряжение питания, 200 МГц прироста обходятся с точки зрения энергопотребления как 600-800 МГц до этой отметки. В целом, 27-процентный прирост частоты с 2,83 до 3,6 ГГц выливается в 19-процентный прирост энергопотребления. Разгон же до 3,9 ГГц приводит к 50-процентному росту потребления системы по сравнению с работой в номинальном режиме.

Что касается раскладки потребления по линиям питания, то, как и в предыдущем случае, разгон вызывает вполне естественное увеличение токов по 12-вольтовой линии, выделенной для преобразователя питания процессора, и по 3-вольтовой линии материнской платы от которой, по нашему предположению, запитан северный мост материнской платы.

Потребление процессора, работающего со 100-процентной нагрузкой в тесте LinX, на номинальной частоте равно 71 Вт. При частоте 3,6 ГГц, когда напряжение питания не выходит за штатные 1,275 В, оно достигает 89 Вт. Максимальный же разгон - до 3,9 ГГц, где основные системные напряжения повышаются сверх их номинальных величин примерно на 10 %, приводит к росту процессорного энергопотребления до 136 Вт. Это, конечно, много, но с потреблением разогнанного Phenom II X4 сравниться не может, поэтому сделанный выше вывод о том, что LGA775-процессоры остаются экономичнее своих Socket AM3 альтернатив не только в штатном режиме, но и при разгоне, остаётся в силе.

Core i3-540

Помимо LGA775, мы включили в тесты и процессоры Intel в других конструктивных исполнениях. В частности, мы не смогли обойти вниманием сравнительно молодые модели семейства Clarkdale, предназначенные для LGA1156-систем. Главным аргументом за их включение в тестирование стало то, что один из двух полупроводниковых кристаллов, входящих в состав этого процессора, выполнен по самому передовому технологическому процессу с нормами производства 32 нм. Этот кристалл - собственно два вычислительных ядра. Имеющийся же в Clarkdale интегрированный контроллер памяти вместе со встроенным графическим ядром находятся во втором кристалле, производимом по 45-нм технологии. То, что такая схема из двух полупроводниковых кристаллов, заключённых в единую процессорную упаковку, с точки зрения производительности работает не самым лучшим образом, мы уже писали . Давайте поглядим теперь, что происходит с энергопотреблением такого процессора при его разгоне до различных значений частот.

Для тестирования был взят двухъядерный Core i3-540. Это средняя модель Clarkdale: с одной стороны, она поддерживает технологию Hyper-Threading, а с другой - лишена поддержки Turbo Mode, которая всё равно неполезна при разгоне. Штатная частота этого процессора равна 3,07 ГГц, объём L2-кэша составляет 256 Кбайт на каждое из двух ядер, а общий L3-кэш имеет объём 4 Мбайта.

32-нм технологический процесс позволил производителю установить у Core i3-540 сравнительно низкое напряжение питания. Так, наш экземпляр требовал лишь 1,125 В. Впрочем, процессорный северный мост, находящийся во втором, 45-нм кристалле, использует свою собственную схему питания и собственное напряжение для нашей модели равное 1,1 В. При этом общее расчётное типичное тепловыделение Core i3-540 установлено равным 73 Вт, а это значит, что, несмотря на применение нового технологического процесса, Intel не удалось добиться каких-либо впечатляющих успехов на поприще улучшения экономичности своих решений. Ведь 73 Вт - это даже больше типичного тепловыделения двухъядерных процессоров аналогичной ценовой категории для LGA775 систем, в основе которых лежат 45-нм полупроводниковые кристаллы. Впрочем, в процессе практических измерений мы получили противоположную картину. Система с Core i3-540 с полностью загруженным работой процессором, потребляла в номинальном режиме всего 86 Вт, а это - меньше зафиксированного нами потребления системы с процессором Core 2 Duo E7600. Вероятно, свой вклад здесь внесло существенное упрощение в LGA1156 системах набора логики, который теперь состоит из одного южного моста, так как все функции северного переданы процессору.

Частота процессоров в LGA1156 исполнении задаётся частотой базового тактового генератора (133 МГц в штатном режиме), которая умножается на устанавливаемый и зафиксированный для каждой модели коэффициент. Поэтому, разгон Core i3-540 выполнялся увеличением базовой частоты. Надо заметить, что 32-нм Clarkdale продемонстрировал несколько нетипичное поведение при разгоне. Максимальной частотой, при которой тестовый CPU смог работать без увеличения напряжений, оказалась лишь 3,2 ГГц. Дальнейший разгон пришлось выполнять планомерно увеличивая процессорное напряжение. А для того, чтобы Core i3-540 заработал на 4,2 ГГц, пришлось поднять и напряжение на встроенном в процессор северном мосту. Все последовательные установки параметров, при которых мы проводили оценочные тесты энергопотребления, собраны в следующей таблице.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.

Итак, давайте взглянем, как ведёт себя полное энергопотребление системы, построенной на Core i3-540, при разгоне.

График имеет непривычный характер. Тут нет пологого участка и резкого роста в конце. Из-за того, что нам пришлось орудовать напряжениями уже на втором шаге разгона, значительные скачки энергопотребления «размазаны» по всему графику. Тем не менее, 37-процентный прирост тактовой частоты при разгоне Core i3-540 до 4,2 ГГц приводит к ощутимому 50-ваттному увеличению общего энергопотребления. Примерно такой же прирост мы наблюдали при разгоне двухъядерных Core 2 Duo E7600 и Phenom II X2 555.

Не меньше сюрпризов преподносит и второй график, на котором показано изменение токов по основным питающим материнскую плату линиям.

Во-первых, хочется напомнить, что для питания процессора в LGA1156-системах используется не только выделенная специализированная 12-вольтовая линия. К ней подключены лишь вычислительные ядра CPU. Подача питания на второй процессорный кристалл, содержащий контроллер памяти, осуществляется посредством 12-вольтовой линии, подключающейся к материнской плате через 24-контактный разъём. Именно поэтому ток, проходящий через эти две линии питания, существенно возрастает при разгоне процессора. Причём, весьма любопытно, что в LGA1156-системе в ряде ситуаций, например, при работе процессора в штатном режиме, максимальная нагрузка ложится не на процессорную линию питания. Это - уникальная особенность новых интеловских систем, оснащённых процессорами семейства Clarkdale. К сожалению, использование «распределённой» схемы питания в LGA1156-системах не даёт нам возможности чётко ответить на вопрос о процессорном энергопотреблении в чистом виде. Тем не менее, даже беглый взгляд на график позволяет говорить о том, что при разгоне Core i3-540 с 3,07 до 4,2 ГГц происходит не менее чем двукратный рост энергопотребления CPU.

Core i7-860

Тестирование энергопотребления платформы LGA1156 не ограничилось одним лишь двухъядерным процессором Core i3-540. Для этого процессорного разъёма компания Intel предлагает не только двухъядерные, но и чрезвычайно популярные четырёхъядерные CPU семейства Lynnfield. Эти CPU не были обойдены нашим вниманием, и в число объектов тестирования попал Core i7-860. Данный процессор также как и Core i3-540 принадлежит к микроархитектуре Nehalem, но при этом основывается на монолитном кристалле, производимом по 45-нм технологическому процессу. Причём этот кристалл вмещает не только четыре вычислительных ядра, но и L3-кэш объёмом 8 Мбайт, двухканальный контроллер памяти и контроллер графической шины PCI Express x16. Выбранная нами модель Lynnfield, Core i7-860, относится к числу предложений из верхней части средней ценовой категории, а потому она поддерживает технологии Hyper-Threading и Turbo Boost. В результате, хотя номинальная частота этого CPU установлена равной 2,8 ГГц, в зависимости от нагрузки он может саморазгоняться до 3,46 ГГц.

Вкратце, суть технологии Turbo Boost заключается в том, что частоту процессора можно безболезненно повышать, если его тепловыделение при этом гарантированно не выходит за расчётную величину TDP, которая для рассматриваемого Core i7-860 установлена равной 95 Вт. Однако при нагрузке на все ядра частота этого CPU ограничена величиной 2,93 ГГц.

К сожалению, мы не можем сказать, сколько потребляет в реальности Core i7-860 при полной нагрузке, так как его схема питания имеет те же особенности, что и схема питания остальных LGA1156-процессоров. Но полное потребление платформы с этим процессором во время наших измерений не переваливало за 155-ваттную границу. Но это явно больше, чем потребляла протестированная нами LGA775-система с четырёхъядерным процессором, что вселяет подозрения о достаточно высоком энергопотреблении процессоров Lynnfiled.

Тестируя Core i7-860 на разгон, мы в первую очередь отключали Turbo Boost, так как инициируемые им плохо контролируемые изменения процессорного множителя снижают максимальные стабильные частоты. Зато при отключении этой технологии множитель Core i7-860 можно повысить на единицу выше номинальной величины. Эта возможность использовалась при разгоне, но в дальнейшем мы прибегали к изменению частоты базового генератора. Без повышения напряжения питания процессора выше штатных 1,125 В максимальная частота, при которой тестовый процессор смог стабильно работать при полной нагрузке, составила всего 3,4 ГГц. Впрочем, к счастью, ядро Lynnfield позитивно реагировало на рост напряжения, в результате чего разгон удалось довести для типичных для 45-нм ядер 4,0 ГГц. Набор параметров, использованных нами при разгоне до различных пределов, традиционно приводится в таблице.

Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях. При этом следует понимать, что привёдённые значения не являются каким-то универсальным рецептом. Процессорные кристаллы отличаются друг от друга по параметрам, поэтому для разгона других экземпляров могут потребоваться немного другие настройки.

Рост общего потребления тестовой платформы при увеличении частоты процессора приведён на графике.

Картинка получилась очень наглядной. До 3,4 ГГц энергопотребление платформы растёт по чуть-чуть, примерно на 4-6 Вт на каждые 200 МГц, это ещё раз подтверждает наш тезис о том, что разгон без увеличения напряжения питания не наносит существенного ущерба экономичности системы. Однако дальше, после 3,4 ГГц, картина в корне меняется. Там каждые 200 МГц прироста частоты выливаются в 30-40-ваттную прибавку к энергопотреблению. И дело лишь в том, что на каждом шаге всего лишь на 0,1 В приходится увеличивать напряжение питания процессора для обеспечения стабильности.

Ещё более яркую картинку можно увидеть, если обратить внимания на значения токов.

При разгоне до 4 ГГц потребление Core i7-860 только по выделенной 12-вольтовой линии питания доходит до 180 Вт! А ведь этот процессор часть питания получает и по другой 12-вольтовой линии. Иными словами, по потреблению в разгоне процессоры Lynnfiled вполне могут потягаться с Phenom II X4 965 - здесь мы тоже видим значения токов, превышающие 15 А.

Core i7-950

Для верхней ценовой категории Intel позиционирует ещё одну платформу - LGA1366. Процессоры для этой платформы базируются на той же микроархитектуре Nehalem, однако имеют ряд особенностей. Именно наличие этих особенностей и стало причиной их включения в тесты энергопотребления при разгоне. Для тестов была взята модель со сравнительно невысокой ценой - Core i7-950. Этот процессор основывается на 45-нм ядре Bloomfiled, которое, пожалуй, следует отнести к первой версией воплощения Nehalem «в кремнии». Core i7-950, как и другие процессоры для LGA1366 (за исключением новейшего Core i7-980X), имеет четыре вычислительных ядра, встроенный трёхканальный контроллер памяти и контроллер шины QPI, по которой происходит общение с набором системной логики. Следует отметить, что, в отличие от LGA1156-систем, в платформе LGA1366 контроллер графической шины PCI Express находится в более традиционном месте - северном мосту чипсета, а не в процессоре.

Если же говорить конкретно о Core i7-950, то этот процессор имеет номинальную тактовую частоту 3,07 ГГц, но благодаря технологии Turbo Boost при неполной нагрузке может разгоняться до 3,33 ГГц. Поддерживается процессором и технология Hyper-Threading. Каждое из четырёх ядер имеет собственный L2-кэш объёмом 256 Кбайт, размер же разделяемого между ядрами L3 кэша равен 8 Мбайтам.

Сразу же бросается в глаза, что напряжение нашего тестового Core i7-950 установлено равным 1,2 В, что выше, чем напряжение аналогичного с точки зрения микроархитектуры Core i7-860. Выше оказалось и напряжение встроенного в процессор северного моста: 1,2 В вместо 1,1 В. И эти отличия не случайны: установленная Intel для LGA1366-процессоров величина типичного тепловыделения равна 130, а не 95 Вт, так что производитель явно принимает во внимание более высокие напряжения. Естественно, это отражается и на энергопотреблении LGA1366-систем. При работе в штатном режиме в системе с Core i7-950 было зафиксировано потребление на уровне 190 Вт, что позволяет отнести платформы LGA1366 к наиболее «прожорливым» конфигурациям.

Несмотря на столь высокое потребление и тепловыделение Core i7-950 отнёсся к разгону весьма благосклонно. Мы смогли добиться устойчивой работы этого процессора на частоте 4,2 ГГц, причём до частоты 3,6 ГГц он разогнался вообще без повышения каких-либо напряжений. Для построения графиков зависимостей энергопотребления и токов от частоты, как и ранее, была проведена серия измерений с шагом 200 МГц. Установки параметров при снятии показателей приводятся в таблице.

Заметьте: коэффициент умножения у Core i7-950 зафиксирован, поэтому разгон выполняется путём увеличения частоты базового тактового генератора. Однако благодаря технологии Turbo Boost существует возможность установки множителя, на единицу превышающего штатный.

Зависимость энергопотребления системы от частоты при полной загрузке процессора, обеспечиваемой утилитой LinX, имеет характерные очертания.

Надо сказать, что LGA1366-платформу отличает высокое потребление не только в штатном режиме. При разгоне ситуация сильно усугубляется, что, впрочем, не является никакой неожиданностью, так как для достижения стабильности на высоких частотах приходится увеличивать процессорные напряжения питания. В результате, работая на частоте 4,2 ГГц, Core i7-950 потребляет на 127 Вт больше, чем в штатном режиме. Причём следует заметить, что при тестировании в разгоне мы изменяли только параметры работы процессора, так что почти весь прирост энергопотребления следует отнести именно на его счёт.

В подтверждение этого можно привести и график изменения токов, поступающих на материнскую плату.

Ток, проходящий по выделенной на процессор 12-вольтовой линии питания, при разгоне увеличивается более чем вдвое. При этом не следует забывать, что часть питания, потребляемого встроенным северным мостом, процессор забирает с материнской платы, так что рост потребления по 5-вольтовой линии следует, по всей видимости, отнести также на его счёт. И кстати, как бы катастрофически не выглядело увеличение потребление разогнанного 4,2-гигагерцового Core i7-950, до частоты 3,8 ГГц токи по линиям питания растут не столь рьяно. Так что и при разгоне в LGA1366-системе основной прирост энергопотребления происходит лишь тогда, когда дело доходит до увеличения напряжений.

Энергопотребление в реальных приложениях

После знакомства с теми процессорами, которые мы выбрали для проведения тестов, и с особенностями поведения их потребления при разгоне, мы переходим ко второй части тестов - измерению энергопотреблению систем во время реальной работы. Тестирование производилось в нескольких типичных состояниях:

Состояние покоя, в котором находится тестовая система при отсутствии возлагаемой на неё нагрузки. В данном случае задействуются энергосберегающие технологии, поэтому реальное энергопотребление процессора оказывается минимальным.
Состояние максимальной процессорной нагрузки. В данном состоянии все процессорные ядра загружаются работой по максимуму, для чего используется пакет Linpack 64-bit в оболочке LinX 0.6.4.
Состояние максимальной нагрузки на систему целиком. В паре с утилитой LinX 0.6.4, генерирующей максимальную процессорную загрузку, запускается тест Furmark 1.8.0, один из режимов которого предназначается для стресс-тестирования графической подсистемы.
Работа в графическом редакторе. В этом состоянии на тестовой платформе запускался графический редактор Adobe Photoshop CS4, в котором выполнялся заскриптованный процесс ретуширования нескольких 10-мегапиксельных фотографий.
Двухпроходное перекодирование HD MPEG2 видео-ролика в разрешении 1280х720 с битрейтом 4Мбит/с в формат H.264 при использовании кодека x264.
Финальный рендеринг 3D-модели в Autodesk 3ds max 2010 в разрешении 1920х1080.
Игровая нагрузка, для создания которой мы в течение примерно пяти минут играли в популярный трёхмерный шутер Far Cry 2. Игра запускалась в разрешении 1920x1200 с 4xAA при максимальных настройках качества.

Каждый из тестовых процессоров мы подвергли испытаниям в трёх наиболее интересных режимах:

В штатном режиме, когда процессор работает на номинальной частоте, активированы все энергосберегающие технологии, а для процессоров с микроархитектурой Nehalem - и технология Turbo Boost;
При разгоне без поднятия напряжения питания. Как показали наши предварительные прикидки, именно такой разгон оказывается наиболее интересным для тех энтузиастов, которые задумываются не только о достижении максимальной производительности, но и беспокоятся об экономии электроэнергии.
Максимальный разгон, достижимый при использовании воздушной системы охлаждения и сравнительно безопасном повышении напряжения порядка 0,1-0,2 В.

Следует отметить, что при разгоне процессоров для проведения этой серии тестов, мы пользовались исключительно увеличением частоты тактового генератора, и оставляли процессорный множитель в значении по умолчанию. Необходимость именно такого подхода к разгону обуславливается тем, что при принудительной установке множителя исключается возможность работы технологий Enhanced Intel SpeedStep и Cool’n’Quiet, в основе которых лежит интерактивное изменение множителя. По аналогичным причинам при установке процессорных напряжений мы использовали опции относительного, а не абсолютного изменения этих величин - в этом случае энергосберегающие технологии сохраняют возможность снижения питающего напряжения при простое CPU. Для участвовавших в тестировании процессоров Core i3 и Core i7 в разгоне отключалась технология Turbo Boost, поскольку, как известно из наших предыдущих исследований, она снижает максимальную стабильную частоту, на которой могут функционировать процессоры.

В итоге, при тестировании энергопотребления систем в реальных задачах мы использовали наборы установок, приведённые в таблице.

На диаграммах ниже, если не указано иное, приведены усреднённые значения энергопотребления полной системы (включающей материнскую плату, процессор, память, видеокарту, жёсткий диск и процессорный кулер с вентилятором) при том или ином типе нагрузки на тестовые системы.

Состояние простоя

Энергопотребление системы во время простоя без нагрузки представляет интерес в первую очередь потому, что современные компьютеры находятся в таком режиме достаточно продолжительное время. Например, в данный момент, когда вы читаете эту статью, если на экран не попадают flash-баннеры, система, скорее всего, находится именно в таком состоянии. Большинство времени компьютер простаивает и при работе в тех приложениях, где какие-то события происходят только в ответ на действия пользователя. Типичным примером таких приложений являются, в частности, офисные пакеты. Иными словами, пусть потребление системы в моменты бездействия никоим образом не определяет требования к системе охлаждения и к блоку питания, но зато оно прямо влияет на суммы, наблюдаемые в счетах за электроэнергию.

Если не принимать во внимание разгон процессора, то с точки зрения экономичности в режиме простоя вырисовывается достаточно прозрачная зависимость. Наименьшее энергопотребление демонстрируют системы с процессорными разъёмами LGA775 и LGA1156, немного худший результат могут предложить платформы на процессорах AMD, но система, базирующаяся на дорогом LGA1366-процессоре, переплёвывает их результаты более чем в полтора раза. В целом, это же соотношение результатов сохраняется и при разгоне. Особым образом себя ведут только четырёхъядерные процессоры с микроархитектурой Nehalem: Core i7-950 и Core i7-860. Энергопотребление платформ на их основе, измеренное без нагрузки, увеличивается при разгоне несколько сильнее, чем во всех остальных случаях.

Редактирование изображений

Создаваемая при редактировании изображений в Photoshop нагрузка интересна с точки зрения тестирования энергопотребления в первую очередь своей разнородностью. Фильтры и операции, которые используются для ретуши цифровых фотографий, оптимизированы под многоядерные процессоры совершенно по-разному, а кроме того, с совершенно различной интенсивностью загружают шину памяти. Поэтому, загрузка вычислительных ядер и системы в целом во время работы с этим графическим редактором сильно скачет, что инициирует не только систематические переходы процессорных ядер в различные энергосберегающие состояния, но и постоянную работу Turbo Boost у процессоров Intel с поддержкой этой технологии.

При нагрузке такого типа энергопотребление остаётся сравнительно невысоким. Даже разогнанные системы с процессорами верхней ценовой категории не вылезают за границу в 200 Вт. Самый же лучший с точки зрения экономии электроэнергии результат показывает платформа, основанная на процессоре семейства Clarkdale. Это и неудивительно, ведь для производства таких CPU используется самая современная технология с 32-нм нормами. Впрочем, не следует забывать, что двухъядерные процессоры не могут соперничать с точки зрения производительности с процессорами четырёхъядерными. Так что, одновременно с Core i3-540, внимание следует обратить и на Core 2 Quad, который может похвастать низким энергопотреблением при разгоне, несмотря на наличие четырёх вычислительных ядер.

Перекодирование видео

Как известно из тестов производительности, перекодирование видео относится к тем видам нагрузки, которая хорошо масштабируется с ростом числа вычислительных ядер в системе. Более того, характер этой нагрузки таков, что она провоцирует достаточно серьёзный нагрев и энергопотребление CPU.

Учитывая сказанное, совершенно неудивительно, что потребление разогнанных систем существенно превышает потребление систем неразогнанных. В предварительных тестах потребления при полной нагрузке мы видели, что при разгоне ток, требуемый CPU, может возрастать более чем вдвое. Поэтому прирост потребления на уровне 30-40 Вт всего лишь от увеличения частоты CPU с небольшой коррекцией его напряжения питания - это вполне нормально. Выпадают же из этой картины лишь четырёхъядерные Nehalem: Core i7-860 и Core i7-950. В системах, базирующихся на этих CPU, разгон вызывает куда более значительное увеличение энергопотребления, достигающее 80-90 Вт.

Рендеринг

С точки зрения процессорной нагрузки финальный рендеринг в пакетах трёхмерного моделирования похож на перекодирование видео. Эта задача также хорошо распараллеливается и также достаточно сильно загружает процессор, заставляя его энергопотребление и тепловыделение приближаться к предельным значениям.

Вполне закономерно, что полученные при измерении потребления результаты очень похожи на те, что наблюдались во время перекодирования видео. Отметить стоит разве только то, что в данном случае энергопотребление оказывается всё-таки немного ниже, чем в предыдущих тестах.

Проведённые нами предварительные тесты показали, что существенное увеличение энергопотребления при разгоне возникает лишь в том случае, когда для достижения стабильности работы системы приходится прибегать к увеличению напряжений питания на процессоре. В данном случае мы видим подтверждение этого вывода на примерах из реальной жизни. Разгоняя процессор при сохранении штатного напряжения, мы прибавляем к энергопотреблению системы максимум 10 Вт. При попытках же выжать из процессора максимум по частоте, сопровождаемых установкой повышенных напряжений Vcore и Vtt, рост полного энергопотребления системы может легко достигать несколько десятков ватт. Причём, наибольшее увеличение прожорливости наблюдается, как ни удивительно, у процессоров с большим числом процессорных ядер, среди которых особенно «жадными» оказываются Core i7-860 и Core i7-950, относящиеся к поколению Nehalem.

3D-игры

До сих пор мы рассматривали приложения, создающие нагрузку в первую очередь на процессор, но не на видеоподсистему. Конечно, видеокарта использовалась для вывода изображения, но речь шла лишь о работе в 2D-режиме, в котором использовавшийся нами ускоритель ATI Radeon HD 5870 ведёт себя чрезвычайно экономично, потребляя не более 25 Вт . Другое дело - работа тестовых систем в 3D, где существенный вклад в итоговое энергопотребление системы вносит не только центральный, но и графический процессор. Именно для проверки того, насколько сильное влияние оказывает разгон на потребление геймерских систем, мы и включили в тесты популярный 3D-шутер.

Среднее энергопотребление процессора по сравнению с рендерингом или кодированием видео тут значительно ниже. Зато существенно выше потребление видеокарты. Результат такого перераспределения - уменьшение относительного влияния разгона CPU на итоговые показатели энергопотребления. Да, разогнанные геймерские системы в играх требуют электроэнергии больше. Но при сравнении полученных данных между собой выясняется, что даже увеличение напряжений питания процессора вносит не более чем 20-процентный вклад в общее энергопотребление под игровой нагрузкой. В целом же, среднее потребление разогнанных систем (с одной современной видеокартой) в процессе игры оказывается порядка 200-250 Вт.

Приложения вроде систем трёхмерного моделирования или программы для перекодирования и редактирования видео, безусловно, создают высокую процессорную нагрузку. Однако в природе существуют и более «тяжёлые» для CPU задачи. Примером такой задачи является Linpack –программная библиотека для решения систем линейных алгебраических уравнений. На её базе создана тестовая утилита LinX, используемая нами для создания нами наиболее высокой (с энергетической точки зрения) процессорной нагрузки.

Потребление в этом тесте, действительно, оказывается сравнительно высоким. Так, разогнанные системы, основанные на наименее экономичных четырёхъядерных процессорах Phenom II X4 965, Core i7-860 и Core i7-950 демонстрируют энергопотребление на уровне 250-350 Вт. И это - очень большие числа, выглядящие особенно внушительно на фоне 100-ваттного энергопотребления неразогнанных платформ, использующих двухъядерные процессоры Core i3-540 и Core 2 Duo E7600.

Результаты, полученные в LinX, высоки, однако это всё ещё не максимальное энергопотребление, поскольку эта утилита загружает работой лишь процессор. Чтобы параллельно с CPU создать нагрузку и на GPU, одновременно с LinX мы использовали ещё один графический тест, Furmark, вызывающий резкое повышение энергопотребления видеокарты - больше, чем в любых существующих реальных играх. Усреднённые показатели энергопотребления в таком искусственно созданном окружении выглядят так.

Процессор обычно является самым "прожорливым" компонентом внутри среднего настольного ПК. Энергопотребление процессора впервые стало серьёзной проблемой, когда Intel стала приближаться к 4-ГГц порогу с процессором Pentium 4, потреблявшим больше 100 Вт энергии, для которого стала необходима мощная система охлаждения. Впрочем, энергопотребление и производительность не слишком хорошо сочетались в этом чипе. Появление первого двуядерного процессора Pentium D 800 ещё сильнее осложнило ситуацию, и так было до выхода Core 2 Duo примерно полтора года назад. С тех пор мы получили практически 400% прирост соотношения производительности на ватт, от линейки Pentium 4 600 до современных процессоров Core 2. Мы рассмотрим некоторые эволюционные особенности в данной статье.

Когда мы оценивали типичное энергопотребление двух систем AMD и Intel, то мы отслеживали энергию, необходимую для выполнения реальных задач на протяжении определённого времени, что мы симулировали с помощью BAPCo"s SYSmark 2007. Этот тест основан на реальных приложениях, которые обрабатывают данные в многозадачном окружении. Когда в большинстве публикаций указаны данные максимального и минимального энергопотребления системы и компонентов, эти числа дают лишь часть информации. Энергопотребление следует всегда соотносить с производительностью, поскольку более скоростная система может быстрее переходить в состояние с эффективным энергопотреблением, чем медленная система, что в результате даёт большую экономию энергии на протяжении длительного периода времени, пусть даже в мгновенных значениях более скоростная система отличается большим энергопотреблением.

В нашей статье мы оценивали процессоры AMD Athlon 64 X2 5000+ (65 нм) и Intel Core 2 Duo E6400. Оба процессора являются быстрыми и эффективными двуядерными процессорами, но Intel Core 2 Duo смог выиграть битву за эффективность благодаря преимуществу по производительности - процессор быстрее переходил в экономичное состояние бездействия, чем аналог AMD. Но что будет, если сравнить Core 2 Duo с процессором Core 2 Quad? И насколько этот процессор эффективнее, чем Pentium 4 и Pentium D? Давайте посмотрим!

Процессоры на 3,0 ГГц

Хотя Intel меняет спецификации Socket 775 с каждым новым поколением процессоров, сокет сохранил совместимость со старыми моделями Socket 775. Пусть для Core 2 Duo вам потребуется новая материнская плата (особенно для грядущего 45-нм поколения Penryn, которое выйдет в первом квартале 2008 года), на многих современных материнских платах Socket 775 вполне возможно запустить даже старый Pentium 4. Благодаря столь удачным обстоятельствам, мы смогли протестировать четыре разных типа процессоров на эталонной тестовой системе.

Мы решили выбрать одинаковую рабочую частоту, которую можно было выставить для всех процессоров в линейке. Мы хотели установить частоту от 2,6 до 2,8 ГГц, но это оказалось невозможным из-за разных частот шины CPU (FSB). Поэтому пришлось остановиться на 3,0 ГГц, что можно получить и на процессорах Core 2 на FSB1333, и на процессорах Pentium на FSB800. В случае систем Core 2 память работала на частоте 533 МГц (DDR3-1066 с задержками CL7-7-7-20), а с процессорами Pentium использовалась память DDR3 на частоте 400 МГц (DDR3-800 и CL6-6-6-18). Собственно, это настройки по умолчанию материнской платы Asus P5E3 X38. Более высокие частоты памяти привели бы к росту энергопотребления, хотя и к небольшому, если учесть общее энергопотребление системы от 77 до 203 Вт.

Установку процессоров и запуск их на 3,0 ГГц мы смогли выполнить без проблем. Мы использовали материнскую плату Asus P5E3 Deluxe с BIOS версии 0402 от 19 сентября 2007.

Pentium 4 630

Линейка Pentium 4 600 стала обновлением серии Pentium 500, обеспечивая процессоры Intel 2 Мбайт кэша L2 вместо 1 Мбайт на 90-нм ядре Prescott, а также и другие улучшения. Хотя линейка P4 500 на ядре Prescott не дала прирост производительности по сравнению со 130-нм ядром Northwood - несмотря на удвоение кэша - 2-Мбайт версия добавила Enhanced SpeedStep, улучшенный Thermal Monitor 2, Enhanced Halt State C1E и поддержку 64-битных инструкций EM64T.

Линейка Pentium 4 500 достигла частоты 3,8 ГГц (модель 570), хотя линейка 600 "выдохлась" уже на 3,6 ГГц (Pentium 4 660). В то время обсуждались планы преодоления планки 4 ГГц, но тепловыделение поставило на них крест, а Intel стала работать над своими первыми двуядерными процессорами.

Pentium 4 600 на 3,0 ГГц (то есть P4-630) обеспечивает в SYSmark 2007 лишь среднюю производительность. Это основная причина, почему он не столь хорошо показал себя в тесте энергопотребления, где мы оценивали, сколько потребуется энергии на полный прогон SYSmark. Хотя по энергопотреблению системы в режиме бездействия и под нагрузкой этот процессор второй из лучших, сразу после Core 2 Duo E6850, система P4-630 потребляла 118 Вт-ч, а тестовый прогон занял один час и 40 минут. Система Core 2 Duo E6850 потребляла 106 Вт-ч, а ту же работу выполнила за один час и десять минут!

Мы использовали Pentium 4 660 и снизили тактовую частоту до 3,0 ГГц в целях тестирования.

Все процессоры класса Pentium для Socket 775 умеют снижать тактовую частоту до 2,8 ГГц в режиме бездействия, если технология SpeedStep активна.

Pentium D 830

Линейка Pentium D 800 сочетает два кристалла Pentium 4 600 в одной упаковке, но всего с 1 Мбайт кэша L2 на ядро. Все остальные функции линейки Pentium 4 600 сохранены. Поскольку два вычислительных ядра требуют больше энергии, чем одно, а выше теплового пакета 130 Вт было решено не выходить, пришлось немного снизить тактовые частоты. Поэтому самая быстрая модель Pentium D 840 работает на частоте 3,2 ГГц, а процессор Pentium D 820 на 2,8 ГГц является двуядерной моделью начального уровня. Наш Pentium D 800 на 3,0 ГГц (модельный номер 830) обеспечивает чуть больше производительности, чем Pentium 4 630, но требует больше всего энергии из всех процессоров в нашем тестировании: 215 Вт-ч - это немало, особенно если сравнить со 106 Вт-ч у Core 2 Duo E6850.

Мы использовали Pentium D840 (3,2 ГГц) и выставили его на 3,0 ГГц (Pentium D 830).

С активной технологией Enhanced SpeedStep процессор класса Pentium на FSB800 и Socket 775 снижает тактовую частоту в режиме бездействия до 2,8 ГГц. В случае Pentium D 830 разница невелика, поскольку штатная частота составляет 3,0 ГГц.

Core 2 Duo E6850

Core 2 Duo E6850 является текущей топовой моделью Intel. Процессор построен на микроархитектуре Core, которая вышла в виде процессоров для настольных ПК летом 2007 года. Два процессорных ядра оснащены 4 Мбайт общего кэша L2, работают на 3,0 ГГц и FSB1333, что обеспечивает высокую производительность и приемлемое энергопотребление, не выходящее за тепловой пакет 65 Вт. Вы не можете модернизировать существующие системы Pentium D или Pentium 4 с помощью процессора Core 2 Duo, так что придётся покупать новую материнскую плату с таковой поддержкой, а также память DDR2 или DDR3.

Процессоры Core 2 в режиме бездействия снижают множитель до 6x при активной Enhanced SpeedStep. В случае 333-МГц шины (FSB1333) это даёт частоту в режиме бездействия 2,0 ГГц. Процессоры Core 2 Duo E6850 и Core 2 Extreme QX6850 завершили весь тестовый прогон SYSmark 2007 за один час и десять минут, но двуядерному процессору потребовалось существенно меньше энергии - 106 Вт-ч против 131 Вт-ч для четырёхядерного процессора, который работал на такой же тактовой частоте.

Core 2 Extreme QX6850

Наконец, мы установили в тестовый стенд топовый процессор Core 2 Extreme QX6850. Его внутренняя раскладка хорошо понятна, поскольку процессор состоит из двух ядер Core 2 Duo, каждое из которых оснащено 4 Мбайт кэша L2 и работает с шиной FSB1333. Четырёхъядерный процессор обеспечивает заметно более высокую производительность почти во всех частях теста SYSmark 2007. Однако для завершения прогона он требует практически столько же времени, сколько двуядерный процессор, что приводит к более высокому суммарному энергопотреблению, так как четырёхъядерный процессор потребляет энергии больше во всех тестах (94 против 77 Вт в режиме бездействия). Ситуация может выглядеть иначе в тестах с интенсивными вычислениями, где четыре ядра могут обгонять Core 2 Duo весьма существенно. Однако наш сценарий предусматривал пакет SYSmark 2007, поскольку он больше отражает повседневное использование ПК.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

SYSmark2007

SYSmark2007: E-Learning

SYSmark 2007: Video Creation

SYSmark 2007: Productivity