Energooszczędny PC

Cały zestaw komputerowy średniej klasy pochłania w trakcie wytężonej pracy nawet 350 W energii. Najbardziej prądożerne elementy to karta graficzna i procesor. Duża część pobieranej przez peceta energii jest marnotrawiona przez zasilacz, którego sprawność pracy wynosi około 80 proc.

Jeszcze przed kilku laty zwiększanie taktowania zegarów w kolejnych modelach procesorów i kart graficznych powodowało, że z reguły rosło też ich zapotrzebowanie na energię. Spora część tej energii była zamieniana na ciepło, które często prowadziło do przegrzewania się podzespołów. Aby tego uniknąć, posiadacze komputerów musieli montować wydajne układy chłodzące, zawierające najczęściej głośny wiatrak, i znosić jego brzęczenie w trakcie pracy.

Rozwiązanie problemu przyszło wraz z obniżeniem technologii produkcji mikroprocesorów z 90 nm najpierw do 65 nm, a następnie do 45 nm.

Przegrzewanie się procesora to przede wszystkim skutek nagrzewania się tranzystorów, z których jest zbudowany. Każda z bramek logicznych – podstawowych elementów tranzystora – stawia opór przepływającemu prądowi. W efekcie część dostarczanej do nich energii jest zamieniana na ciepło. Dzięki zastosowaniu niższych technologii wytwarzania procesorów możliwe jest zmniejszenie bramek logicznych. Tym samym maleje ilość energii, której trzeba im dostarczyć, więc jednocześnie spada ilość wydzielanego przez nie ciepła.

Druga przyczyna strat energetycznych w procesorze to tzw. prąd upływu, który jest częścią sygnału używanego do sterowania bramką logiczną. Prąd ten, zamiast przepływać przez tranzystor, gromadzi się na jego powierzchni i nie może być spożytkowany. Z pozoru zmniejszenie bramki powinno powodować zwiększenie prądu upływu, bo zacierają się granice między obszarami izolującymi i przewodzącymi. Jednak zastosowanie nowych izolatorów – do niedawna dwutlenku krzemu, a w najnowszych procesorach Intela hafnu – pozwala zmniejszyć wyciekanie elektronów (prąd upływu) i tym samym zapotrzebowanie na energię tranzystora.

Zmniejszenie procesu technologicznego pozwoliło także na produkcję procesorów wielordzeniowych. Tę samą lub wyższą wydajność co w procesorach jednordzeniowych o wysoko taktowanym zegarze udało się osiągnąć w układach dwu-rdzeniowych o niższych częstotliwościach taktowania, a więc potrzebujących mniej energii.

Zapotrzebowanie procesora na waty można też skutecznie ograniczyć, zmniejszając jego taktowanie, gdy komputer stoi bezczynnie lub jest używany do mało wymagających prac – przeglądania internetu, pracy z edytorem tekstu itp. W praktyce obniżenie częstotliwości pozwala jednocześnie na zmniejszenie napięcia dostarczanego do procesora.

Technologie zmiany taktowania wykorzystują wszystkie nowe procesory zarówno Intela (technologia SpeedStep), jak i AMD (Qool’n’ Quiet). Większość płyt głównych przystosowanych do procesorów Intela jest przygotowana do takiej technologii – pełną listę znajdziesz na stronach Intela. Natomiast do technologii AMD są przystosowane nowe płyty główne z interfejsem zarządzania konfiguracją i energią ACPI w wersji 2.0 lub wyższej. W przypadku płyt wykorzystujących starszą wersję interfejsu konieczna jest instalacja w systemie operacyjnym odpowiedniego oprogramowania (do pobrania ze strony AMD).

Prądożerność domowego peceta przekłada się na wysokość rachunku z zakładu energetycznego. Zazwyczaj prąd zużyty przez komputer stanowi ułamek kwoty na rachunku, ale wydajny pecet o mocy 350 W działający w obciążeniu po 5 godzin dziennie może kosztować rocznie od 190 do 380 zł (cena za 1 kWh to 20-40 gr). Część tej kwoty to opłata za energię, jaką komputer pobiera przez 19 godz., gdy jest wyłączony. Jeśli chcesz się zorientować, ile watów zużywa twój komputer, możesz skorzystać z dostępnych w internecie kalkulatorów. Do dokładnych obliczeń będziesz potrzebował listy wszystkich podzespołów blaszaka. Kalkulatory będą też przydatne, gdy składasz komputer i nie wiesz, jakiej mocy zasilacza będzie on potrzebował – niektóre witryny same zasugerują wybór urządzenia o odpowiedniej mocy na podstawie obliczeń. Pamiętaj, że kalkulatory podają tylko przybliżone wartości i nie uwzględniają obciążenia komputera podczas pracy. Przykładowe kalkulatory znajdziesz na:
www.thermaltake.outervision.com/index.jsp
http://web.aanet.com.au/SnooP/psucalc.php
http://extreme.outervision.com/psucalculator.jsp

Napięciem podawanym na procesor można sterować także za pomocą specjalnego chipu montowanego w płycie głównej. Takie rozwiązanie stosuje obecnie dwóch producentów: Asus – technologia EPU, oraz Gigabyte – technologia DES.

Chip monitoruje pracę procesora i sprawdza jego obciążenie. Gdy komputer nie jest wykorzystywany do wymagających zadań, układ wyłącza kolejne fazy zasilania procesora. Standardowo CPU ma aż dwanaście takich faz, co zapewnia mu stabilne działanie nawet w największym obciążeniu. EPU i DES redukują liczbę aktywnych faz do minimalnie 4, co wystarcza do stabilnego działania komputera w spoczynku. Zabieg ten pozwala zaoszczędzić od 40 do 60 W, czyli około 85 proc. energii, w porównaniu do sytuacji, w której bezczynny procesor pobiera prąd ze wszystkich dwunastu faz.

Wbrew pozorom nawet wyłączony komputer stale pobiera prąd z sieci. Oczywiście znacznie mniej niż w trakcie działania, ale dla całego zestawu – z monitorem – może to być nawet 40–50 W (bez monitora 20–30 W). Tyle co średniej mocy żarówka. Rozwiązaniem jest fizyczne odcięcie dopływu prądu lub zainstalowanie jednej z nowych płyt głównych firmy Foxconn. Zastosowano w nich system zarządzania energią, który potrafi odłączać dopływ prądu do podzespołów komputera, gdy pecet jest wyłączony. Oszczędność energii według danych producenta sięga w tym przypadku aż 95 proc., co oznacza, że taki komputer pobiera około 1 W energii.

Karta graficzna to ten element komputera, który zużywa najwięcej prądu. Oczywiście zapotrzebowanie na energię zależy od konkretnego modelu urządzenia. Najmniej, bo jedynie kilkanaście watów, pochłaniają układy zintegrowane z płytą główną. Najwięcej – podczas wytężonej pracy nawet powyżej 200 W – dwurdzeniowe urządzenia, takie jak GeForce 9800 GX2 czy Radeon HD 3700 X2. Karty ze średniej półki cenowej, np. GeForce 8600 GT, pochłaniają od 75 do 100 W.

Podobnie jak w przypadku procesorów, także w kartach graficznych zapotrzebowanie na energię oraz ilość wydzielanego ciepła zależą od wysokości taktowania procesora graficznego GPU, a także od pamięci graficznej. Od kilku lat w sterownikach do kart graficznych jest więc implementowany mechanizm, który automatycznie przetaktowuje wspomniane elementy do niskich częstotliwości, gdy komputer nie jest wykorzystywany w aplikacjach z trójwymiarową grafiką. Gdy zaś użytkownik uruchamia np. grę lub program graficzny, sterownik podnosi zegary GPU i pamięci do nominalnych wartości, co pozwala osiągnąć najwyższą wydajność komputera.

Kolejny pomysł na ograniczenie zużycia energii zaprezentowała niedawno firma Nvidia. Zamiast obniżać taktowanie, proponuje ona całkowicie wyłączyć kartę graficzną, gdy komputer nie jest intensywnie używany. Podczas prac biurowych czy przeglądania internetu zewnętrzna karta graficzna przechodzi w stan wstrzymania, a wyświetlanie obrazu należy do grafiki zintegrowanej z płytą główną. Nowe rozwiązanie o nazwie HybridPower jest już dostępne z płytami głównymi z chipsetem nForce z serii 7 dla procesorów AMD. Zastosowane w tych płytach zintegrowane karty graficzne to GeForce 8300, GeForce 8200 i GeForce 8100, a zgodne z technologią karty zewnętrzne to GeForce 9800 GX2 i GeForce 9800 GTX. Wykorzystujące HybridPower płyty główne do procesorów Intela mają się ukazać w trzecim kwartale roku.

Oszczędzanie energii w komputerze jest w dużym stopniu zautomatyzowane przez opisane mechanizmy i technologie implementowane w różnych podzespołach peceta. Użytkownik nie ma dużego wpływu na ich działanie, ale może zmniejszyć zużycie energii w swoim blaszaku, odpowiednio dobierając podzespoły i stosując kilka prostych zabiegów związanych z wykorzystaniem sprzętu.

Pierwszym krokiem powinna być wymiana starego monitora CRT na nowy LCD. CRT zużywają w trakcie pracy od 100 do 200 W energii – w zależności od wielkości ekranu. Dla paneli ciekłokrystalicznych ilość pochłanianej energii nie powinna przekroczyć 45 watów.

Kolejny krok to wymontowanie z komputera zbędnych elementów. Jeśli w pececie są np. dwa napędy optyczne – każdy z nich pobiera około 20 watów – można zrezygnować z jednego z nich. Podobnie warto postąpić z nadmiarowym, niewykorzystywanym dyskiem twardym czy nieużywaną kartą telewizyjną lub dźwiękową. Małe ilości prądu pobierają także wszelkiego rodzaju wiatraczki i diody podświetlające. Odłączyć od komputera można także nieużywane urządzenia USB – zysk tu niewielki, bo każde pobiera maksymalnie 2,5 W, ale przy większej liczbie gadżetów korzyści tego rozwiązania rosną.

Jednym z prostszych i tańszych energooszczędnych rozwiązań jest podłączenie całego sprzętu komputerowego do listwy zasilającej z wyłącznikiem zasilania. Wyłączenie listwy zasilającej całkowicie odcina dostęp komputera do prądu i pozwala oszczędzić kilkadziesiąt watów energii.