Bericht: Energieverbrauch aktueller Prozessoren

von Thomas Hübner

Vorwort

Bisher haben wir Prozessoren immer anhand ihrer Leistungsfähigkeit beurteilt; der Stromverbrauch der Boliden wurde dabei stets vollkommen außer Acht gelassen. Zwar gingen wir ein ums andere Mal auf die vom Hersteller angegebenen, maximalen thermischen Verlustleistungen ein - also die Wärmeenergie, die ein Kühler im Extremfall abführen muss. Doch wurde damit immer nur ein Teil der Wahrheit präsentiert. Bewaffnet mit einem Energiemessgerät der Firma Voltcraft (Energy Check 3000) soll auf den folgenden Seiten nun endlich die Frage geklärt werden, welche der Highend-Prozessoren auch durch einen „ausgeglichenen Energiehaushalt“ zu überzeugen wissen.

Messverfahren

Da uns für eine isolierte Messung der Leistungsaufnahme des Prozessors das dafür nötige Equipment fehlt, haben wir uns für eine indirekte Messung entschieden, bei der die vom kompletten System entnommene Energie dokumentiert wurde. Im Rahmen unseres Vergleiches wurden ein Intel Pentium 4 „Northwood“ mit 2,40 GHz und 3,40 GHz und Pentium 4 „Prescott“ CPUs mit 2,80 GHz und 3,40 GHz ebenso vermessen, wie AMDs Athlon XP 2500+, 3200+ und die jüngsten Errungenschaften Athlon 64 2800+ (C0-Stepping), 3400+ (C0-Stepping) und FX-53 (CG-Stepping). Auch ein Pentium 4 Extreme Edition 3,40 GHz (Gallatin) musste sich dem Messgerät stellen. Wir wollen auf die Eigenschaften der Prozessoren im Laufe dieses Artikels nicht näher eingehen und verweisen daher an dieser Stelle auf ältere Publikationen [1] in diesem Bereich.

Bei allen Messungen kam ein 400-Watt-Netzteil, eine leistungsstarke Asus GeForce FX 5900 Ultra Grafikkarte und eine IBM-Festplatte mit 40 GB Speicherkapazität der „Desktar 120GXP“-Serie zum Einsatz. Der Arbeitsspeicher stammt von Corsair: TwinX1024RE-3200LL für den Athlon 64 FX und TwinX1024-3200LL für die übrigen Systeme. Die Pentium-4-Prozessoren durften sich auf einem Asus P4C800-E Deluxe beweisen. Hyper-Threading war bei allen Prozessoren aktiv. AMDs Athlon 64 wurden auf einem MSI K8T Neo-FIS2R betrieben, der Athlon 64 FX lief auf einem Asus SK8V. Beim Athlon XP kam das klassische Gespann mit einer nForce 2 400 Ultra-Platine, ebenfalls von der Firma Asus zur Verfügung gestellt, zum Einsatz.

Gemessen wurde direkt nach dem Booten von Windows im unbelasteten Zustand (Idle), während starker CPU-Auslastung (hervorgerufen durch Seti@Home) und während eines Durchlaufes von Futuremarks 3DMark03. Letzteres verkörpert ein System unter starker Belastung von Prozessor, Grafikkarte und Arbeitsspeicher. Die maximale Leistungsaufnahme während mehrerer Durchläufe wurde dabei auf Papier festgehalten.

Ergebnisse

Im Allgemein hat sich bei den folgendes Messungen gezeigt, dass der Stromverbrauch des Systems eine gewisse Abhängigkeit von den im Bios vorgenommen Einstellungen zeigt. Lässt man beispielsweise das Asus SK8V (Bios: 1002) für den Athlon 64 FX-53 Einstellungen von selbst vornehmen, konnte ein Anstieg der Leistungsaufname verzeichnet werden. Lässt man dem Prozessortakt und andere Performance-Einstellungen automatisch vornehmen, so werden 107 Watt der Steckdose entnommen; setzt man dem Prozessortakt von Hand, waren es im unbelasteten Zustand nicht mehr als 93 Watt. Beim MSI K8T Neo konnte beim Update auf die aktuelle Bios ein Anstieg der Verlustleistung beobachtet werden. Auch Windows XP scheint mit dem Stromsparen so seine liebe Mühe zu haben. Insbesondere dann, wenn man im laufendem Betrieb den Kernel wechselt, denn hier scheint Windows alle Stromsparmodi für den Prozessor schlicht zu vergessen. Hier bedarf es jedoch noch einer Investigation, um den näheren Umständen auf die Schliche zu kommen. Auf die folgenden Ergebnisse hatte dies jedoch keinen Einfluss. Wenn von Bedeutung, werden wir im Folgenden mehrere Resultate genannt.

Unbelastet (Idle)

Mit 120 bzw. 116 Watt verbraucht ein komplettes System mit Intels Prescott-Prozessor im „Idle-Modus“ konkurrenzlos viel. Die Leistungsaufnahme des Athlon 64 FX-53 senkt sich, wenn man dem Prozessortakt im Bios des SK8V von Hand einstellt: In diesem Fall verbraucht das komplette System nur noch 93 Watt (ein klarer Fehler im Asus-Bios). Noch weniger verbrauchen nur die normalen Athlon 64 mit aktiviertem Cool'n'Quiet.

Teilbelastung (Seti)

Gibt es etwas zu tun, steigt die Leistungsaufnahme des alten, in 130 nm gefertigten Pentium 4-Prozessors recht deutlich. Dennoch hebt sich der 3,40 GHz Prescott mit 20 Watt weiterhin mehr als deutlich vom Rest des Feldes ab. Nutzt man darüber hinaus die Fähigkeiten von Hyper-Threading, so werden bis zu 209 Watt entnommen. Auch die anderen Pentium 4-Modelle legen in dieser Größenordnung beim parallelen Bearbeiten zweier Seti-Einheiten zu. Ein weiteres Mal überrascht der Athlon 64 2800+ durch seine Effizienz. Zwar gibt AMD für alle seine Athlon 64- und Athlon 64 FX-Prozessoren eine einheitliche, maximale (thermische) Verlustleistung von 89 Watt an. Allerdings dürfte spätestens jetzt klar werden, dass hier deutliche Unterschiede bestehen. Ein Energieverbrauch des kompletten Systems von 115 Watt ist ohne Zweifel erfreulich.

Vollbelastung (3DMark)

Kommt die Grafikkarte ins Spiel, lässt sich der Energiebedarf des kompletten Systems noch einmal deutlich steigern. Einmal mehr hat Intel mit dem Prescott im wahrsten Sinne des Wortes ein heißes Eisen im Feuer. AMDs Athlons 64 zeigen sich abermals von einer zurückhaltenden Seite.

Energiekosten

Derzeit sind für eine Kilowattstunde Energie in Deutschland ca. 20 Cent zu berappen. Lässt man das System 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr laufen, so wird die Stromrechnung um den folgenden Betrag höher ausfallen.

Allein durch eine überlegte Wahl des Prozessors lassen sich im Jahr über 100 Euro sparen. Dafür muss man jedoch auch weniger Performance [2] in Kauf nehmen.

Effizienz

Der Prozessor mit dem (vom Athlon XP 2500+ mal abgesehen) niedrigsten Takt ist insgesamt betrachtet also der sparsamste. Doch ist diese CPU auch die effektivste? Bei all' unseren vorangegangenen Betrachtungen haben wir die Performance völlig außer Acht gelassen. An dieser Stelle möchte wir auch darauf kurz eingehen. Die Leistungsverteilung [3] der in diesem Vergleich berücksichtigten Prozessoren stellt sich dabei wie folgt da:

In Sachen Gesamt-Performance ist der der Pentium 4 Extreme Edition mit 3,4 GHz das Maß der Dinge. Auf Platz zwei findet sich knapp dahinter der Athlon 64 FX-53 wieder.

Dividiert man die gebotene Leistung durch die maximal im Test erreichte Verlustleistung (auch wenn diese nicht in allen Tests zur Bestimmung des Performance-Ratings erreicht wurden), finden sich die Athlon 64 an vorderster Front wieder. Der Pentium 4 Extreme Edition und der normale Pentium 4 folgen mit geringem Abstand. Der Prescott kann sich auch hier nicht wirklich empfehlen.

Fazit

AMDs Athlon 64-Prozessoren konnten in dieser doch etwas anderen Betrachtung moderner Prozessoren ganz klar überzeugen. Die gebotene Performance wird durch einen - relativ gesehen - ausgeglichenen Energiehaushalt erreicht, was insgesamt überaus erfreulich ist. Auch die in 130 nm gefertigten Pentium 4-Prozessoren können sich zweifelsohne sehen lassen. Wenig gute Worte können wir dagegen über den jüngsten Sproß der Pentium 4-Familie verlieren, den im fortschrittlichen 90 nm-Prozess hergestellten „Prescott“. Hier stehen Rekordwerte in Sachen Verlustleistung auf dem Plan. Allerdings hat Intel in diesen Belangen bereits im Februar mit einem neuen Kern-Stepping Besserung [4] für diesen Mai in Aussicht gestellt. Auf etwas längere Sicht erwartet uns im Intel-Lager ein Wandel: Bereits im nächsten Jahr wird damit gerechnet, dass der Prozessorhersteller seine sehr erfolgreiche Pentium M-Notebook-Prozessorserie in Form einer Lösung mit zwei Prozessorkernen, auf Basis des Dothan-Nachfolgers „Jonah“ [5] (siehe auch [6]), als Nachfolger des Prescott, vorstellt. Die Entwicklung des bisher als Nachfolger des „Prescotts“ gehandelten „Tejas“ wurde bereits eingestellt [7]. Mit etwas Glück sehen wir sehr effizienten Zeiten entgegen.

An dieser Stelle sei auch noch ein abschließender Satz zu den Standby-Modi erlaubt, die im gesamten Artikel bisher gar nicht berücksichtigt wurden. Im klassischen S1 Standby-Mode verbraucht das System je nach Ausstattung zwischen 60 und 100 Watt; setzt man hingegen auf den modernen S3 STR (Suspend to RAM), sind es derer nur noch 7 Watt. Das sind unwesentlich mehr gegenüber einem ausgeschalteten System, welches sich auch gut und gerne 5 Watt zu Gemüte führt. Ob nun S1 oder S3? In beiden Fällen ist das System quasi ad hoc zum Arbeiten bereit, doch hat man mit dem S3-Mode auch die Stromrechnung auf seiner Seite.

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