Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Lavenergi til folket

Kan vi lave en 10w spil-pc? sikkert ikke, men Neil Mohr og Torben Okholm prøver alligevel.

Af Torben Okholm, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Nu om dage formodes vi at være energibevidste. Chefredaktøren har slukket for sin vibrerende direktørstol – vi bilder os ind, at det var stolen, der vibrerede. Redaktionssekretæren har måttet udskifte sine 1.000 W 7.1-højttalere med et par lomme-hovedtelefoner. Og vores tekniknørd har været nødt til at bytte sin Intel 6-core Extreme Edition ud med Intels seneste Atom. Det kan i sandhed blive småt for enhver.

Det kan vi le ad, men strømforbrug er et reelt problem. Telefoner og tablets kan summe videre ved lave niveauer, men selv en beskeden spil-pc kan sagtens gurgle næsten 200 watt i sig uden nogen anstrengelse. Hvis man har siddet og browset på nettet eller skrevet klager over naboens ligusterhæk, virker al den strøm som spild af energi.

Man hvad er alternativerne? Man kan satse på sin laptop, men den vil ofte være underdimensioneret, og man sidder med et rædsomt tastatur og en trackpad. Opgradering vil altid føles som et kompromis. Men så var det, at vi begyndte at tænke: Vi kunne måske bygge et fuldt desktopsystem, der kunne håndtere 3D-spil, men som også var funderet på ideen om ultralavt strømforbrug. Måske endda lavt nok til at konkurrere med en laptop?

Hjertet i dette projekt skal være den nye serie af Intel Ivy Bridge-processorer.
De er bygget med en 22nm-proces og, hvilket i en vis forstand er det vigtigste af det hele, Intels nye generation af integreret HD Graphics, der betyder, at vi kan undgå strømslugende tredjeparts-grafikkort i vores system. Beklager, AMD og Nvidia.

Når så meget er integreret i den supereffektive 22nm-proces, kan man effektivt styre et lavt strømforbrug. I dag kræver tungere opgaver langt mindre elektricitet, og det sker på en baggrund af fortsat integration og stadig mere effektive processer. Antallet af integrerede kredsløb på et bundkort falder, chipsættet bruger mindre strøm end før, og lagring og hukommelse kan måles i en enkelt watt. Lad os se, om vi kan komme i nærheden af den magiske 10 W-grænse

Når man tænker på pc’er og strøm, tænker man sandsynligvis på strømforsyninger på 800 watt, 125 watt tdp-processorer og flere grafikkort. Hver af disse enheder kunne sikkert sluge strøm nok til at forsyne en mindre landsby.

Det syn på pc-verdnen eksisterer, og det er ikke ualmindeligt. Alle spilmaskinerne på vores redaktion bruger den slags udstyr. Selv en beskeden spiller bruger et system, der guffer et par hundrede watt i sig under belastning. For slet ikke at tale om, hvad der sker, når en af os kører Intels nyeste six-core Extreme Edition.

Man behøver ikke engang at gå til disse yderligheder for at komme op på mange watt. Alt i systemet bidrager til det samlede strømforbrug. Fra alle de integrerede kredsløb på bundkortet over flere dimms i deres mange stik til rækker af raids – hver komponent øger det samlede strømforbrug. Selvom de centrale komponenter som processor og grafikkort bruger langt det meste strøm, som vi konstaterer, når vi skærer ned for forbruget, tæller hver eneste watt.

Det er ikke vores ærinde at dæmonisere pc-spillere og -brugere. Tværtimod elsker vi de store maskiner, og nu om dage er komponenterne så strømbesparende, at man som regel kan få dem ned på en enkelt watt og gøre dem mere miljøvenlige, end de før har været.

Vores spørgsmål er: Kan vi have en ordentlig desktop-pc, der kan klare moderat 3D-spilleri med de nyeste spil, men som får svært ved at trække en energieffektiv sparepære? Nu, da Intel omsider er begyndt at producere anvendelig integreret grafik, er svaret på det spørgsmål et rungende ja. Så skal vi blot finde ud af, hvor langt ned vi kan komme i strømforbrug.

Til bunds i kernerne

Vi skal arbejde med lavt strømforbrug. Vi vil undersøge, hvorfor bestemte komponenter er så meget bedre end andre muligheder, og hvordan de har opnået deres strømbesparende resultater. Vi begynder som så ofte før med processoren, og det er der gode grunde til.

Vi ved alle, at da Intel lancerede sine Sandy Bridge-processorer, havde man omsider fundet på en integreret grafikløsning, der var god nok til at spille de nyeste spil. Det havde man aldrig kunnet sige om de tidligere forsøg, der snarest virkede som eftertanker. Det afgø-rende aspekt ved at kombinere grafikdelen med cpu’en er, at det hele skal passe sammen med processorpakkens tdp.

Processoren er central for systemets ydelse, og det gælder især, når man også sætter den til at håndtere grafikken. Både Ivy Bridge- og Sandy Bridge-processorer kan levere strømsvage modeller, som kunne bruges i et fornuftigt system. Man skal blot vælge den rette.

Når vi ser på grafen over de forskellige Intel HD Graphics-modeller, kan vi se, at den “ældre” har 12 eksekveringsenheder ved en højere frekvens på 650/1250, mens det nyere HD Graphics 2500 kun har 6 ved 650/1150. Man skulle tro, at det bragte os i retning af en Sandy Bridge HD Graphics 3000-model såsom Intel Core i3 2105. Men hvis vi gør det, ryger vi fra 35 W tdp over i 65 W tdp-kategorien, for den er baseret på 32nm-processen.

Hvis man sater på den 22nm-baserede Intel Core i3 3220T, får man en chip, der holder en fornuftig hastighed på 2,8 GHz med sine to kerner og Hyper Threading, men den kører også inden for 35 W tdp. Hvis man vælger HD Graphics 4000 eller en hurtigere 3,4 GHz-model, ryger processoren op på 55 W tdp. Det viser sig også, at den reviderede HD Graphics 2500, der kører halvt så mange eksekve-ringsenheder som den ældre HD Graphics 3000, giver en bedre ydelse pr. enhed end den ældre model.

Hvis vi gik efter strømbesparende guld, ville Intel Core i3 3217U med blot 17 W tdp, men stadig med en udvidet HD Graphics 4000, være meget fristende, indtil det viser sig, at gpu-frekvensen reduceres til 350 MHz. Det har faktisk også fristet Intel selv, for det er den processor, der er valgt til Intels NUC-mini-pc. Vores væsentligste anke mod denne model er dens lave kernehastighed på 1,8 GHz, idet vi mener, at den ekstra 1 GHz vil være nyttig for os i det lange løb til generelle opgaver og spil.

Hvis vi ikke satsede på det laveste strømforbrug, ville Intel Core i3 3225 afgjort være interessant. Men navnet AMD er slet ikke blevet nævnt endnu. Det skyldes, at når det gælder strømbesparelse, kan AMD desværre ikke leve op til Intel på produktionsproces-teknologien. AMD A10-5800K kan tæve Core i3 3225, når det gælder gpu-ydelse og pris. Men se på dens tdp, der er 100 W, i forhold til Core i3 3225’s tdp på kun 55 W. AMD kan ikke lave en A-serie-processor med en tdp under 65 W.

Bundkort og chips

Forholdet mellem chipsæt og bundkort spiller en rolle for processorens strømforbrug. Tidligere har bundkortchipsæt været lumsk strømslugende. Det skyldtes delvis, at de var baseret på ældre produktionsprocesser. Hertil kom, at ældre chipsæt skulle udføre en mas-se tungt arbejde, der nu er blevet integreret i processordelen, og vi må heller ikke glemme fordelen ved det integrerede grafikelement.

Vi har valgt et Intel B75-chipsæt i mellemklassen. Det har en tdp på 6,7 W, og her er der alle de avancerede porte, man kan drømme om, såsom usb 2.0/3.0 og PCI Express 3.0. Lad os være rare ved AMD: A-serien Fusion Controller Hubs eller FCH kan faktisk konkurrere på strøm og udleder mellem 4,7 W og 7,8 W. Det var sandelig ikke tilfældet med chipsættet AMD 890GX, der nåede op på 22 W med sin integrerede Radeon HD 4290-grafik.

Man kan sammenligne med det klassiske Intel 945 Express, der havde ddr2-dualchannel-hukommelsessupport og blev lanceret i 2005. Det havde en tdp på 15,2 W og skulle ledsages af et South Bridge i/o-kredsløb for at understøtte pci, lan og usb. Det føjede yderligere 3,3 W til, så man endte på 18,5 W. Tilsvarende nåede Intel 915G med integreret grafik op på 16,3 W, og dens South Bridge brugte 3,8 W, hvilket gav et samlet tal på 20 W blot for chipsættet – og så er vi ikke kommet til processoren endnu.

Det bundkort, vi har satset på, er det mini-itx-baserede MSI B75IA-E33 på Intel B75-chipsættet. Teknisk set har Intel Z77-chipsættet den samme strømafledning, men disse bundkort er gerne fuldt belastede sager i den tunge ende, og alle ekstra kredsløb forøger beho-vet for strøm. Derfor virker den superslanke version fint for os. Desuden rummer den alle de output, vi kan drømme om.

Utilstrækkelige forsyninger

Vi kender alle til 85 procent effektive strømforsyninger i guldklassen, ikke? Det holder blot ikke ved lavere belastninger. Hele guldstan-darden gælder kun for en psu under fuld belastning. Prøv at tilslutte et underforsynet system eller blot et standardsystem, der tusser af sted, mens du kontemplerer din position i universet, og effektiviteten styrtdykker.

Hvad betyder det for dig? Det betyder, at et underforsynet system ender med at sluge flere watt, end det faktisk har brug for, og det er ikke småting, vi taler om, som vi skal se. Til testen vil vi bruge en guldstandard-psu på 850 W og en ældre Intel psu på 275 W for at se, hvordan en mindre kraftig psu klarer det. Endelig har vi en Pico-psu fra Scan.

Det er en specielt konstrueret lavtrøms-pc-psu, der formo-des at have en energieffektivitet på hele 96 procent. Dens største ulemper er, at den er begrænset til 160 W, bruger en ekstern strømfor-syning og har begrænsede tilslutningsmuligheder. Den har en komplet 24-pin atx-connector og en almindelig 4-pin atx 12 V-connector, men der er kun en enkelt sata-strømconnector og 4-pin Molex. Der findes en Pico psu-løsning med endnu lavere strømforbrug, men til de moderne pc-systemer, vi er interesserede i, duer den ikke.

Ekstraudstyr

Vi er ikke helt færdige med at udvælge komponenter til vores strømsvage system. Harddiske kan øge systemets generelle strømforbrug betydeligt.
I en almindelig desktopcomputer kan fire 3,5”-harddiske bruge henved 30 watt ved fuld drift. Det går noget mere fredeligt, når de kommer ned på 0,75 watt pr. drev.

Selv ssd-drev slipper ikke for at bruge strøm. Strømforbruget på ssd’er kan variere op til 6 watt under belastning. Det er lige så meget som et roterende 3,5”-drev. Et ssd-drev er altså ikke automatisk strømbesparende.
Vi kører et Kingston V+200-ssd, der er sat til 0,5 W i tomgang og 1,8 W under belastning. Det bedste på markedet er imidlertid Intel SSD 520 med et maksimumforbrug på kun 0,85 W.

Vi tester også et Western Digital Green 2,5”-drev på 2 TB. Strømforbruget svarer til en ssd, men man undgår den begrænsede kapaci-tet. Prisen på 1.200 kr. svarer til 256 GB-ssd’er i den dyre ende. Strømforbruget er nydeligt: 1,7 W ved belastning og 0,8 W i tomgang.

Det sidste element, vi skal se på, er hukommelse. Hvis vi vælger en enkelt dimm i stedet for en dobbelt-konfiguration, hjælper det na-turligvis med at reducere det samlede strømforbrug. Bortset fra det, kan man også købe strømbesparende ddr3. I testen har vi en 8 GB Kingston ddr3l-dimm, der er sat til 1.600 MHz og 1,35 V i stedet for det normale 1,65 V for ddr3.

Går det ikke fint?

Da vi samlede alt dette og sluttede det til vores standard-psu, en XFX 850 W-model, blev vi positivt overrasket ved at se et tomgangsfor-brug på 22 W og en spilbelastning på 36 W. Så tog vi fat i vores Pico-psu og kørte systemet igen. Imponerende nok faldt tomgangsfor-bruget til 15 W, en forbedring på 32 procent, og fuld belastning faldt fra 36 W til 25 W, igen en forbedring på 31 procent. Nogle mente, at mere strømsparende psu’er kunne gøre det bedre, og vi testede derfor en ældre Intel 275 W-psu fra et BTX-system.

Psu’ens alder viste sig tydeligt, idet strømforbruget på 28 W i tomgang og 39 W ved belastning var markant værre, og Pico-psu’en var omkring 47 procent mere effektiv.

Naturligvis fremkommer disse indledende resultater på baggrund af de sædvanlige bios-indstillinger. Mange af de mere nyttige spændingsindstillinger er uden for rækkevidde, men vi kan da pusle med nogle få justeringer.

Det er sært, at ddr3-hukommelsen som standard står til 1,65 V. Vi havde allerede manuelt valgt 1,35 volt, men vi bankede også hu-kommelsesbussen ned til 1.066 MHz fra 1.600 MHz. Vi fravalgte også så mange af kortets integrerede chips som muligt, for eksempel lan og audio.

Det er irriterende, at mange af indstillingerne for spænding og QPI-bussen ikke er tilgængelige, for vi kunne godt tænke os at ned-drosle hukommelsescontrollerens Vtt-tal, hukommelsens vdimm og chip-sættets pch-linje.

Underclocking af cpu’en fra 2,8 GHz til 2,0 GHz havde ingen som helst virkning på tomgangs-forbruget, og vi antager, at processoren lukker ned så meget som muligt uanset clockfrekvensen.

Overraskende nok skete der heller ikke noget ved strømforbruget under belastning.

Alle disse justeringer fik Pico-psu’en ned på blot 13 watt i tomgang og 23 watt ved spilbelastning. Selv da vi føjede WD Green 2TB 2,5”-drevet til systemet, steg tallet ikke over 15 watt.

Som spilmaskine vil den lade noget tilbage at ønske, når det gælder hastighed, men det er et system, der kan spille, hvis man har brug for det.

Ved tomgang og 13 watt er vi meget tæt på det mål på 10 watt, som vi før greb ud af luften, og vi har bragt desktop-strømforbrug ned på laptop-niveauer.
Det finder vi temmelig imponerende, navnlig da vi ikke har været nødt til at lade det gå ud over den rå cpu-kraft.

Vi indrømmer gerne, at Emile Nijssen fortjener æren for det hele. Gå en tur over på http://ssj3gohan.tweakblogs.net og hold andagt ved de strømbesparende computeres alter. Det er det hollandske site, der har inspireret os til at skrue ned for strømforbruget, men denne mand går skridtet videre. Bloggen er på hollandsk, men har været så flink at skrive en engelsk oversættelse af hovedartiklen på bit.ly/eAe73Z.

Med et tilsvarende system har han reduceret tomgangsforbruget til 8,5 watt, men det har krævet hacking af både Picp-psu’en og bundkortet at komme så langt ned, og så langt vil vi ikke gå.

Ikke desto mindre har hans projekter hjulpet os med at dykke til 15 W uden problemer, og vi er nået endnu længere. Hvis du synes, at det er noget for dig at komme under 10 watt, og du har det godt med en loddekolbe, kan han guide dig gennem processen med at hacke psu’er og bundkort.

Det er interessant læsning om, hvordan man analyserer spændingsniveauer på tværs af strømforsyninger og bundkortkomponenter. Han forklarer, hvordan man måler nøjagtigt og foretager målinger af jævnstrøm ved tiendedele af en volt. At de bliver vigtige ved disse lave strømniveauer. Han har skrevet en senere tekst på hollandsk om sit “fluffy” projekt, der forklarer, hvordan man kan måle spænding uden at flytte komponenterne.

Det er komplicerede sager, men hvis du er interesseret i teknikken og matematikken bag strømkonverteren og regulatorerne på bundkortet, er det umagen værd. Som manden selv udtrykker det: »Kernekomponenterne brugte aldrig mere end 10 W jævnstrøm i tomgang – før modifikationerne. En moderne computer mister mest strøm under konversion i tomgang.«

Vi fortetager os faktisk ikke noget nyt her. Vi finder eksisterende komponenter og samler dem i den rigtige konfiguration. Et lille foretagende, som du måske har hørt om (det hedder Intel), har allertede gjort noget lignende. Intel NUC er et mikro-pc-system, der minder meget om Apple Mac Mini.

Inden i det finder man en Intel Core i3 3217U, der kører på et Intel QS77 Express-chipsæt. Ærgerligt nok er dette Intel QS77-chipsæt sat til en tdp på 3,7, 3 mindre end Intel B75, man kan ikke få det med andet end et Intel-bundkort til XX kr. Hvis det ikke havde været for Intel, kunne vi have nået ned på 10 W tomgang!

Intel NUC bruger blot 11 W i tomgang, og vi gætter på, at Intel QS77-chipsættet gør forskellen her. Men under 3D-spilbelastning stiger dette tal til 35 W. Tag den, Intel! Det taler også til NUC’s fordel, at Intel har produceret et smukt kabinet, hvorimod vores system ligner massakren på en robot. Ikke at vi skal til at prale, men vores maskine kan udvides langt mere ... vi nævner det kun.

Det betyder ikke, at der ikke er andre, som har strømbesparende løsninger. Et eksempel er den engelske Scan VC5-pc (“Value Compact”).
Den bygger på Intel H61-chipsættet, som bruger en tilsvarende 6 W-tdp og Ivy Bridge Intel Core i3 3220T med 4 GB standard-1.333MHz-ddr3. En pc som den vil levere en ydelse, der ligger meget tæt på det system, vi har sammensat til denne artikel. Men generelt er der ikke gjort så mange forsøg på at opbygge lavenergi-computere, så du kan faktisk gå hen og blive lidt af en pioner.

I denne artikel har vi beskrevet, hvorfor vi har valgt bestemte komponenter, og hvorfor de er så gode til at spare energi. Men det kan være nyttigt at lægge det hele frem og holde regnskab. Slutbeløbet er ikke for stort, men det er bestemt ikke det billigste system, vi har bygget. Hvis man vælger et andet sæt af komponenter, der i høj grad er baseret på AMD, får man et bedre spilsystem. Man får til gengæld ikke en bedre energiudnyttelse.

Det skal nævnes, at Steamcom Pico-psu’en afgjort gjorde en enorm forskel og viser, hvor meget strøm en sjusket pc kan spilde ved lave niveauer. Men prisen på 450 kr. er høj, især da man kan få en aldeles udmærket standard-psu, der er langt mere fleksibel, til en lavere pris.

Bortset fra det er vi ret fornøjede med Intel Core i3 3220T og de strømniveauer, den leverer. Som nævnt må idealet være et Intel QS77-baseret bundkort, det eneste problem er blot, at der ikke er nogen, der laver det. Men et af micro-ITX B75-bundkortene kan klare det næsten lige så godt.

Personlig finder vi tanken om et WD Green 2,5”-drev meget fristende. Med kapacitet op til 2 TB kan det levere hovedparten af det lager, man har brug for på systemet, fra en enkelt enhed på 1,7 W. På det niveau konkurrerer det godt med de fleste ssd’er. Kun den meget kostbare Intel 520-serie gør det markant bedre, men det har bestemt også sin pris.