Izvēloties datoru, procesora jauda bieži tiek uztverta kā galvenais veiktspējas rādītājs. Tomēr lielāks ātrums parasti nozīmē arī lielāku enerģijas patēriņu, vairāk siltuma un augstākas prasības dzesēšanas sistēmai. Tāpēc piemērotākais datora procesors ne vienmēr ir jaudīgākais modelis.
Svarīgākais ir atrast līdzsvaru starp veiktspēju, akumulatora darbības laiku, temperatūru, trokšņa līmeni, elektroenerģijas izmaksām un ilgtermiņa stabilitāti. Šis līdzsvars portatīvajam un stacionārajam datoram būs atšķirīgs.
Rakstā aplūkosim, kā praksē darbojas TDP, ražošanas process un dinamiskā frekvences skalēšana. Apskatīsim arī to, kā izmērīt energoefektivitātes ieguvumu un kad mazāks patēriņš var nozīmēt nevis zemāku veiktspēju, bet gan stabilāku sistēmas darbību.
Trīs praktiski aprēķini
Tehniskie parametri kļūst daudz saprotamāki, ja tos pārvērš ikdienas izmaksās un lietošanas laikā. Šie piemēri ir aptuveni, jo faktiskos rezultātus ietekmē slodze, elektroenerģijas tarifs, dzesēšana un konkrētā datora konstrukcija.
Akumulatora darbības laiks
Pieņemsim, ka portatīvajam datoram ir 60 Wh akumulators. Ja sistēma vidēji patērē 10 W, teorētiskais darbības laiks ir.
60 Wh ÷ 10 W = 6 stundas
Ja intensīvāka procesora, spilgtāka ekrāna vai aktīvākas programmas dēļ vidējais patēriņš pieaug līdz 15 W, aprēķins mainās.
60 Wh ÷ 15 W = 4 stundas
Praksē rezultāts būs nedaudz zemāks, jo enerģiju patērē arī ekrāns, atmiņa, SSD, bezvadu sakaru moduļi un sprieguma pārveidotāji. Tomēr piemērs labi parāda, kā 5 W starpība vidējā patēriņā var samazināt lietošanas laiku par aptuveni divām stundām.
Elektroenerģijas izmaksas
Salīdzināsim divus procesorus, kuru vidējais patēriņš ilgstošā slodzē atšķiras par 40 W. Ja dators tiek izmantots sešas stundas dienā 220 dienas gadā, papildu patēriņš būs.
0,04 kW × 6 stundas × 220 dienas = 52,8 kWh gadā
Pie ilustratīvas elektroenerģijas cenas 0,20 eiro par kWh tas nozīmē.
52,8 kWh × 0,20 eiro = 10,56 eiro gadā
Vienam lietotājam šī starpība var nešķist būtiska. Taču ilgstošā slodzē atšķirība vienlaikus ietekmē arī siltuma daudzumu, ventilatoru darbību un nepieciešamo dzesēšanas jaudu.
Uzņēmuma datortehnikas izmaksas
Ja uzņēmumā darbojas desmit stacionārie datori un katrs no tiem vidēji patērē par 40 W vairāk astoņu darba stundu laikā, 250 darba dienās papildu patēriņš būs.
0,04 kW × 8 stundas × 250 dienas × 10 datori = 800 kWh gadā
Pie cenas 0,20 eiro par kWh tas ir aptuveni.
800 kWh × 0,20 eiro = 160 eiro gadā
Šajā aprēķinā nav iekļauts gaisa kondicionēšanas patēriņš. Ja telpā ir daudz jaudīgu datoru, papildu siltums var palielināt arī dzesēšanas sistēmas slodzi. Tāpēc uzņēmumā procesora izvēle jāvērtē ne tikai pēc vienas datora iegādes cenas, bet arī pēc kopējām lietošanas izmaksām.
Ko nozīmē procesora jauda
Procesora veiktspēju nosaka vairāki faktori, piemēram, kodolu un pavedienu skaits, takts frekvence, arhitektūra, kešatmiņa, instrukciju kopums un ražošanas tehnoloģija. Arī vienādas frekvences procesori var būtiski atšķirties, ja tie veidoti uz atšķirīgas arhitektūras.
Takts frekvence pati par sevi nav pietiekams salīdzināšanas kritērijs. Procesors ar zemāku frekvenci var būt ātrāks par modeli ar augstāku frekvenci, ja tam ir efektīvāka arhitektūra, lielāka kešatmiņa vai labāka instrukciju apstrāde.
Augsta veiktspēja ir īpaši svarīga šādos scenārijos:
- video montāžā un 3D renderēšanā;
- programmēšanā ar lieliem projektiem;
- virtuālo mašīnu izmantošanā;
- datu analīzē;
- programmatūras kompilēšanā;
- modernās spēlēs, kur procesors var kļūt par ierobežojošo faktoru.
Savukārt ikdienas darbam, dokumentiem, tīmekļa pārlūkošanai un saziņai bieži nav nepieciešams maksimāli jaudīgs procesors. Šādos gadījumos svarīgāka var būt ātra reakcija pie zema patēriņa, kā arī pietiekams operatīvās atmiņas un SSD ātrums.
Pirms datoru iegāde vērts izvērtēt ne tikai procesora specifikāciju, bet arī to, kā konkrētais dators nodrošina dzesēšanu, enerģijas pārvaldību un ilgstošu slodzi.
TDP nav faktiskais patēriņš
TDP jeb Thermal Design Power parasti norāda aptuveno siltuma daudzumu, kas dzesēšanas sistēmai jāspēj novadīt noteiktā darbības režīmā. Tas nav precīzs maksimālā enerģijas patēriņa rādītājs un ne vienmēr atspoguļo to, cik daudz elektrības procesors patērēs ikdienā.
Dažādi ražotāji TDP var definēt atšķirīgi. Turklāt procesoram var būt vairāki jaudas limiti. Tas nozīmē, ka mikroshēma īslaicīgi drīkst patērēt vairāk, lai paātrinātu uzdevuma izpildi, bet ilgstošā slodzē tai jāiekļaujas zemākā jaudas robežā.
Procesora faktisko slodzi ietekmē vairāki apstākļi.
- darbināto lietotņu veids;
- aktīvo kodolu skaits;
- temperatūra;
- enerģijas pārvaldības iestatījumi;
- ražotāja noteiktie jaudas ierobežojumi;
- dzesēšanas sistēmas iespējas;
- datora korpusa izmērs un gaisa plūsma.
Portatīvajos datoros procesors var īslaicīgi izmantot lielāku jaudu, lai ātri pabeigtu uzdevumu, bet pēc tam samazināt frekvenci. Stacionārā datorā šis paaugstinātas jaudas režīms var ilgt ilgāk, jo pieejama efektīvāka dzesēšana un pastāvīgs pieslēgums elektrotīklam.
Tāpēc, salīdzinot divus procesorus, nevajadzētu skatīties tikai uz TDP. Jāņem vērā konkrētā datora konstrukcija, BIOS iestatījumi, jaudas limiti un tas, kā ražotājs definē procesora darbības režīmus.
Ražošanas process un efektivitāte
Procesora ražošanas process ietekmē tranzistoru blīvumu, enerģijas patēriņu un siltuma izdalīšanos. Mazāks tehnoloģiskais process teorētiski ļauj vienā mikroshēmā izvietot vairāk tranzistoru un uzlabot veiktspējas un patēriņa attiecību.
Tomēr nanometru skaitlis pats par sevi negarantē labāku rezultātu. Būtiska nozīme ir arī tranzistoru konstrukcijai, arhitektūrai, mikroshēmas dizainam, kešatmiņai un ražotāja enerģijas pārvaldībai. Diviem procesoriem ar līdzīgu tehnoloģisko procesu var būt būtiski atšķirīga veiktspēja un akumulatora darbības laiks.
Jāņem vērā arī mikroshēmas komplektācija. Procesors var būt daļa no sistēmas, kurā vienā korpusā apvienoti centrālie kodoli, grafikas kodoli, kešatmiņa un citi paātrinātāji. Šāda pieeja noteiktos uzdevumos var samazināt nepieciešamību aktivizēt jaudīgāku atsevišķu grafikas procesoru.
Procesora efektivitāti tāpēc labāk vērtēt pēc veiktspējas uz patērēto enerģijas vienību, nevis pēc ražošanas procesa nosaukuma vien.
Kā darbojas frekvences skalēšana
Mūsdienu procesori automātiski maina takts frekvenci un spriegumu atkarībā no slodzes. Šo procesu bieži dēvē par dinamisko frekvences un sprieguma skalēšanu.
Kad dators veic vienkāršus uzdevumus, procesors var veikt vairākas enerģijas taupīšanas darbības.
- samazināt takts frekvenci;
- samazināt spriegumu;
- atslēgt neizmantotus kodolus vai to daļas;
- ierobežot fonā notiekošos procesus;
- pāriet enerģijas taupīšanas režīmā.
Kad nepieciešama lielāka jauda, frekvence tiek palielināta. Dažkārt procesors īslaicīgi izmanto arī paaugstinātas veiktspējas režīmu, lai ātrāk pabeigtu uzdevumu.
Šāda pieeja nozīmē, ka jaudīgāks procesors ne vienmēr patērē vairāk enerģijas visās situācijās. Ja tas uzdevumu pabeidz ātrāk un pēc tam atgriežas dīkstāves režīmā, kopējais patēriņš var būt samērā efektīvs.
Piemēram, vienkāršs uzdevums, kas ar vienu procesoru ilgst 10 sekundes pie 30 W, patērē aptuveni 300 vatsekundes. Ja jaudīgāks procesors to pabeidz pie 50 W, bet tikai sešās sekundēs, tā patēriņš ir aptuveni 300 vatsekundes. Ja pēc tam sistēma ātrāk atgriežas zemā patēriņa režīmā, kopējais rezultāts pat var būt labāks.
Savukārt ilgstošā slodzē enerģijas patēriņa atšķirība kļūst daudz izteiktāka. Renderēšana, kompilēšana vai datu apstrāde var ilgt stundām, tāpēc īslaicīga veiktspējas priekšrocība ne vienmēr kompensē lielāku ilgtermiņa patēriņu.
Portatīvais dators, laiks pret ātrumu
Portatīvajā datorā energoefektivitātei ir tieša ietekme uz lietošanas ērtumu. Mazāks procesora patēriņš parasti nozīmē ilgāku darbu ar vienu uzlādi, zemāku temperatūru un klusāku ventilatora darbību.
Tomēr akumulatora darbības laiku ietekmē ne tikai procesors. Būtiski ir arī šādi faktori.
- ekrāna spilgtums un izšķirtspēja;
- grafikas procesors;
- bezvadu savienojumi;
- atmiņas un diska izmantošana;
- programmu darbība fonā;
- akumulatora ietilpība un nolietojums;
- operētājsistēmas enerģijas pārvaldība.
Ja dators paredzēts rakstīšanai, pārlūkošanai un biroja lietotnēm, parasti lietderīgāk izvēlēties energoefektīvu procesoru ar pietiekamu, nevis maksimālu jaudu. Tas palīdzēs samazināt siltumu un uzlabot mobilitāti, īpaši izvēloties lietotu klēpjdatoru.
Ja nepieciešama video apstrāde, kompilēšana vai cita ilgstoša slodze, jāizvērtē ne tikai procesora klase, bet arī dzesēšanas sistēma. Plāns korpuss var ierobežot ilgstošo veiktspēju pat tad, ja tehniskajā specifikācijā norādīta augsta maksimālā frekvence.
Šeit īpaši svarīga ir atšķirība starp īslaicīgo un ilgstošo veiktspēju. Dators var būt ļoti ātrs pirmās minūtes laikā, bet pēc temperatūras paaugstināšanās samazināt frekvenci. Lielākam procesoram labākā izvēle var būt biezāks korpuss ar efektīvāku dzesēšanu, nevis plānāks modelis ar augstāku teorētisko frekvenci.
Stacionārais dators, jaudai ir cena
Stacionārā datorā akumulatora darbības laiks nav aktuāls, tāpēc lielāka nozīme ir veiktspējai, temperatūrai, trokšņa līmenim un elektroenerģijas patēriņam. Ja dators bieži tiek izmantots smagiem uzdevumiem, jaudīgāks procesors var būt pamatota izvēle.
Tomēr pārāk jaudīgs modelis var radīt vairākas sekas, piemēram, šādas.
- nepieciešams jaudīgāks dzesētājs;
- palielinās ventilatoru troksnis;
- nepieciešams rūpīgāk izvēlēties barošanas bloku;
- pieaug elektroenerģijas patēriņš;
- korpusā uzkrājas vairāk siltuma;
- var būt nepieciešama labāka korpusa gaisa plūsma.
Stacionārajām sistēmām svarīgi nodrošināt pietiekamu gaisa plūsmu. Ja dzesēšana nespēj novadīt siltumu, procesors automātiski samazina frekvenci. Rezultātā dārgāks un teorētiski ātrāks procesors ilgstošā slodzē var neizmantot visu savu potenciālu.
Jāvērtē arī pārējās komponentes. Ja procesors paredzēts video apstrādei, bet sistēmā ir nepietiekami daudz operatīvās atmiņas vai lēns disks, jaudas ieguvums var būt mazāks, nekā gaidīts. Spēļu datorā savukārt procesora izvēle jāskata kopā ar grafikas procesoru un izmantoto izšķirtspēju.
Par to, kā tehnoloģiju tirgotāji arvien biežāk piedāvā komplektēšanu un konsultācijas, plašāk stāstīts rakstā par tehnoloģiju konsultanta pieeju.
Kad mazāks patēriņš palīdz
Zemāks enerģijas patēriņš ne vienmēr nozīmē lēnāku vai sliktāku datoru. Dažos scenārijos tas var uzlabot sistēmas stabilitāti un lietošanas komfortu.
Ilgstoša darba slodze
Ja dators stundām ilgi veic renderēšanu, kompilēšanu vai datu apstrādi, zemāka temperatūra palīdz izvairīties no biežas termiskās veiktspējas samazināšanas. Procesors var darboties vienmērīgāk, nevis pārmaiņus sasniegt augstu ātrumu un pēc tam to būtiski samazināt.
Šādā situācijā svarīgs nav tikai maksimālais testa rezultāts. Būtiskāks var būt rezultāts pēc 20 vai 30 minūtēm, kad sistēma jau ir sasniegusi stabilu termālo režīmu. Procesors ar nedaudz zemāku maksimālo jaudu var nodrošināt labāku vidējo veiktspēju visā darba sesijā.
Klusa darba vide
Mazāks siltuma daudzums ļauj ventilatoriem darboties ar zemākiem apgriezieniem. Tas ir būtiski birojā, mācību telpā vai ierakstu studijā, kur pastāvīgs ventilatora troksnis var traucēt.
Klusu datoru var izveidot arī ar jaudīgu procesoru, taču tam nepieciešams atbilstošs dzesētājs, kvalitatīvi ventilatori un pareizi veidota gaisa plūsma. Energoefektīvāks procesors šo uzdevumu padara vienkāršāku.
Ilgāks sistēmas kalpošanas laiks
Zemāka temperatūra var samazināt termisko slodzi uz procesoru, mātesplati un citām komponentēm. Tas pats par sevi negarantē konkrētu kalpošanas ilgumu, tomēr labi sabalansēta dzesēšana ir svarīgs priekšnoteikums stabilai darbībai vairāku gadu laikā.
Īpaši nozīmīgi tas ir datoriem, kas darbojas nepārtraukti, piemēram, serveriem, darba stacijām vai uzņēmuma sistēmām. Mazāks siltums var samazināt arī ventilatoru un putekļu filtru noslodzi, lai gan regulāra tīrīšana joprojām ir nepieciešama.
Kā izvēlēties līdzsvarotu procesoru
Lai izvēle būtu praktiska, vispirms jādefinē galvenie datora lietošanas scenāriji. Nevajadzētu maksāt par jaudu, kas ikdienā netiks izmantota, taču nevajadzētu arī izvēlēties pārāk vāju modeli uzdevumiem, kas regulāri rada ilgstošu slodzi.
Izvērtē šādus jautājumus.
- Vai dators galvenokārt paredzēts biroja darbam vai profesionālām lietotnēm?
- Vai slodze būs īslaicīga vai ilgstoša?
- Vai svarīgs ir ilgs akumulatora darbības laiks?
- Vai pieļaujams ventilatora troksnis?
- Vai datoru iespējams vēlāk uzlabot?
- Vai komplektācija nodrošina pietiekamu dzesēšanu?
- Vai procesora integrētā grafika ir pietiekama konkrētajiem uzdevumiem?
- Vai procesors ilgstošā slodzē saglabā stabilu veiktspēju?
- Vai jaudas pieaugums ir samērīgs ar cenas un patēriņa starpību?
Portatīvajam datoram parasti prioritāte ir efektivitāte, mobilitāte un zems siltuma līmenis. Stacionārajai sistēmai var izvēlēties lielāku jaudu, ja tai ir atbilstošs dzesētājs, korpuss un barošanas bloks.
Ja dators tiek iegādāts ar finansējumu, procesora izvēlē jāvērtē ne tikai ikmēneša maksājuma pieejamība. Jaudīgāks modelis var palielināt arī kopējās sistēmas izmaksas, jo nepieciešama jaudīgāka dzesēšana, barošanas bloks vai grafikas karte. Praktiskāk ir salīdzināt visu komplektāciju un tās izmantošanas ilgumu, nevis izvēlēties vienu iespaidīgāko specifikācijas rindu.
Procesora izvēles līdzsvars ikdienas darbam
Labākais datora procesors nav universāli jaudīgākais modelis. Tā izvēle ir atkarīga no tā, kā dators tiks izmantots un cik svarīgs ir līdzsvars starp ātrumu, patēriņu, temperatūru un trokšņa līmeni.
Portatīvajās sistēmās energoefektivitāte bieži uzlabo mobilitāti un akumulatora darbības laiku. Stacionārajos datoros lielāka jauda var būt vērtīga, taču tikai tad, ja dzesēšana spēj nodrošināt stabilu darbību ilgstošā slodzē.
Tāpēc TDP, ražošanas process un dinamiskā frekvences skalēšana jāvērtē kopā ar visu datora komplektāciju, nevis atsevišķi. Dažkārt nedaudz mazāka jauda nozīmē klusāku, vēsāku un stabilāku datoru, kas ikdienā nodrošina labāku pieredzi nekā teorētiski jaudīgāks, bet slikti atdzesēts modelis.