Výkon byl donedávna nejdůležitější vlastností výpočetní techniky. Rychlejší počítače však už dnes potřebují jen vybrané obory, a tak se stále více do popředí dostává otázka úspor energie. Moderní PC včetně periferií se totiž výrazně projevuje na účtu za elektřinu. Jak se na spotřebuje projevuje výběr paměti RAM a čipových sad?
Počítače stále více ovlivňují naše životy, rozšiřují se ve firmách i v domácnostech. Zvyšující výkon však je často vykoupen i zvyšujícími energetickými nároky, čehož si v posledních měsících všímá stále více výrobců. Jaká je budoucnost informačních technologií s ohledem na úspory energie? Ve spolupráci s časopisem Connect vám představíme v podrobném seriálu „zelenou“ budoucnost jednotlivých komponent a součástí PC.
Minulý díl jsme nutili procesory pracovat za nejrůznějších podmínek, jenom aby se jejich příkon snížil co nejrazantněji. Dnes se pustíme do dalších součástí počítače, začneme přitom velmi důležitou součástí – čipovou sadou a operační pamětí.
Reklama„Mnohé technologie pečlivě sledují momentální potřeby PC a reagují na nečinnost snížením taktu a tím i spotřeby.“
Procesor komunikuje s čipovou sadou, vezměme si tedy na paškál právě ji. Jsou to právě čipsety, které stojí za významnou částí úsporných opatření – řídí mnohé z technologií zmiňovaných v minulém díle, některé trápí i RAM paměť a rovněž zasahují do její spotřeby. Moderní čipsety snižují takt RAM paměti ve chvílích nečinnosti.
Seriál o úsporách v oblasti IT |
– Procesory a potenciální úspory– Paměti RAM a čipsety– Pevné disky a další úložiště dat– Chladiče, napájecí zdroje atp. |
Příkladem je část DBS technologie serverových můstků Intel, která může snížit takt z 667 MHz na 533 MHz. Velmi málo jsou známy další technologie postihující vnitřek čipsetu. První z nich je Intel DFGT (Dual-Frequency Graphics Technology), která snižuje příkon integrovaného videoakcelerátoru. Intel DSPT (Display Power Savings Technology) zase snižuje podsvícení displeje až o 25 % a hlavně „notebookáři“ vědí, že může citelně uspořit energii. Další technologie, Fine-Grain Power Management (FGPM) šetří každou kapičku energie citlivým řízením spotřeby.
Paměť trápí nejen lidi
Jiná bitva se odehrává přímo na poli pamětí. Běžnou evolucí se přechází z DDR2 na DDR3, což znamená nižší produkci tepla. Důvod? Nižší napájecí napětí (1,8 V versus 1,5 V) a také nižší frekvence paměťové matice každého obvodu.
Pro ilustraci příkladu si vezměme extrémně zvolenou dvojici DDR2-800 a DDR3-800. Zatímco v prvním případě pracuje samotná paměť na 200 MHz, v druhém případě je to pouhá polovina, tj. 100 MHz – má tedy menší příkon, a proto vyprodukuje daleko méně tepla, což má vliv i na chlazení stroje (totéž jsme již zažili při přechodu z DDR na DDR2).
Pokud je v počítači málo RAM, není pokles příkonu tak citelný, ale u desítek gigabajtů (při použití v serverech atp.) se už jedná skutečně o výkon citelný i pro majitele stroje. A pokud se na to podíváme z hlediska národního či nadnárodního, je to už pěkných pár elektráren, které lze ušetřit přechodem na úspornější RAM moduly.
Energie zdražují. Kde můžete ušetřit? |
– Tipy do domácnosti– Jezděte s nízkou spotřebou– Kalkulačka: Kolik ušetříte s úspornými žárovkami?– Pohotovostní režim – pozor na něj!– Úspory v kuchyni |
Nicméně výkonový skok, jaký jsme zažili při přechodu z DDR na DDR2 se při následném přechodu DDR2 na DDR3 téměř neprojeví. Jiný případ je RDIMM versus FB-DIMM. Registrované DIMM moduly nemají kromě pár drobností žádnou přídavnou elektroniku, která by z hlediska spotřeby stála za řeč.
FB-DIMM vs. RDIMM – boj s písmeny, ale i se spotřebou
Proto je toto řešení některými výrobci vychvalováno. Naproti tomu zastánci FB-DIMMů argumentují stále větším omezením RDIMMů co se týče jejich počtu na jediný kanál. To se silně projevuje u procesorů AMD obsahujících řadič operační paměti. Signál, jdoucí přes dvě patice (procesoru a UDIMM/RDIMM paměti), nemůže dělat zázraky. Proto se buď sníží počet modulů, anebo se sníží přenášená frekvence (drasticky – třeba na polovinu).
Naproti tomu odpůrci FB-DIMMů upozorňují na centrální obvod AMB, který má zatím docela vysoký příkon. Tento čip je navíc na každém takovém modulu. AMD uvádí, že osm modulů FB-DIMM si řekne až o 100 W, zatímco RDIMMy jen o 37 W (oboje při maximálním zatížení). Obě cesty mají své zastánce i argumenty.
Zde se nabízí jednoduché řešení – prostě FB-DIMMy nepoužívat a vrátit se zpět k RDIMMům. Jenže to není tak jednoduché, v tento okamžik totiž zapomínáme, proč vlastně FB-DIMMy přišly: aby překonaly problémy s omezením počtu modulů DIMM i RDIMM na jediný kanál. A tak zatímco dvouprocesorové stroje s RDIMMy se pohybují na maximálních kapacitách 16 až 64 GB, stroje s FB-DIMMy nabízejí 32 až 256 GB operační paměti. A jestliže potřebujeme tolik RAM, není v tuto chvíli zbytí.
Důvod, proč se snadno přešlo od DDR k DDR2 – velké úspory
Jak z toho ven? Obě cesty přicházejí s řešením, které může uspokojit odpůrce. První z nich přináší obdobu AMB čipu – meziřadič RAM (procesor) a paměťový kanál s RDIMM moduly, který se jmenuje G3MX a připravuje to firma AMD. Zůstává však otázkou, jak se konkrétně bude tato technika realizovat a jaký to bude mít vliv na příkon celku. Prozatím jde o psaný text a nikoli reálné produkty, takže pro vážné soudy je nutné počkat do uvedení G3MX na trh.
FB-DIMMy mají také v zásobě řešení. Prvním je prosté použití úspornějších verzí AMB čipů. Druhé je složitější, ale může přinést také své ovoce. Místo DDR2 na 1,8 V se použijí DDR2 čipy na pouhých 1,5 V a watty poletí dolů…
Druhá šance pro DDR2?
Nenápadně se začíná hovořit o tom, že masivní použití pamětí DDR3 bude mít pěkné zpoždění. Teoreticky jsou sice pro přechod důvody kapacitní, finanční i výkonové či energetické. Každý typ RAM paměti má danou kapacitu na jeden čip, novější verze umožňují mít na čipu i více datové kapacity. Kdo chce extrémně velkou kapacitu, sáhne dříve či později po tomto argumentu.
Finanční důvody jsou s tímto také spojené. Výrobní náklady na jeden čip stejné velikosti jsou téměř shodné, není zde závislost na datové kapacitě. Přechodem na nové výrobní technologie jen u novější technologie paměti má za následek rapidní pokles ceny, ovšem jen novějšího typu. To byla příčina snížení cen DDR2 v roce 2007 téměř na polovinu. Nicméně výkon RAM paměti už není dnes až tak důležitý, jak to bylo v minulosti. Důvodem
je stále větší a účinnější vyrovnávací paměť procesoru.
Proč není spotřeba motivací pro přechod na DDR3? Příliš malá úspora
A spotřeba? DDR2 i DDR3 se vyrábí stejnou technologií, to argument zatím není, i když DDR3 má o trochu nižší napětí (1,5 V versus 1,8 V) a nižší takt samotné paměťové matice. Jaký výhled má tedy přechod na DDR3? Nyní ne moc optimistický, paměť DDR2 se zatím vyrábí ve stejných kapacitách jako DDR3, kapacita tedy není ten důvod). DDR2 je zatím stejně levná, či dokonce levnější než novější typ, cena tedy také není argument. A výkon? RAM paměť má stále menší vliv na výkon. Ještě při přechodu z DDR na DDR2 byla velikost cache
paměti v běžném procesoru menší až výrazně menší než dnešní (256 kB až 2 MB versus 512 kB až 12 MB). A spotřeba energie drtivou většinu uživatelů netrápí.
Nyní přichází další argument, docela nečekaný. Výrobci RAM pamětí si uvědomili, že stačí málo, aby paměti DDR2 prodloužili život. Jedním z argumentů přechodu je totiž snížení příkonu. A co kdybychom vyráběli DDR2 také na napětí 1,5 V? Nižší napětí se tak nestane argumentem pro přechod, ale spíš proti přechodu na DDR3.
Prvním případem použití 1,5V DDR2 jsou moduly FB-DIMM. Producentem jsou firmy Qimonda a Micron Technology. Jedna z prvních společností, která 1,5V moduly FB-DIMM podporuje od 12. listopadu 2007 na svých základních deskách, je Super Micro Computer (jeden z klíčových producentů serverových motherboardů). Na ty lze osadit buď klasické FB-DIMMy s DDR2 na 1,8 V, anebo novější 1,5V verze. Super Micro uvádí, že při použití těchto modulů může být úspora na jeden server až 40 W.
Výrobní technologie, jedna z cest
Procesory, čipset i paměť jsou vlastně čipy s nějakým obsahem. A vhodným zvolením výrobní technologie lze také spořit. Nejmocnější zbraní je přechod na menší tranzistory, což jde menší výrobní technologií. V poslední době se tak přešlo od 130 nm na 90 nm, pak na 65 nm a posléze dokonce na 45 nm. A tak to bude postupovat dál. Tranzistory jsou menší, a mají tak menší příkon.
Existují ale i pomocné zbraně. Jednou ze zásadních byla výměna hliníkových spojů za měděné. Pak se i procesory začaly příslušně značit, však vzpomeňme na Sun UltraSPARC III Cu, někteří používali frázi „měděná technologie“. Další zajímavou zkratkou byla SOI (Silicon on Insulator) – strained silicon či high-k gate (případně je dielektrikum vytvořeno z hafnia). Právě použití tohoto prvku může při přechodu z 65 na 45 nm snížit statickou spotřebu až pětkrát (při úpravě pro akumulátorový provoz dokonce i více než desetkrát).
Právě příkon i při statickém provozu začal vystrkovat růžky, u 45nm technologie měl dokonce dosáhnout i více než poloviny. Hafnium (vzácný těžký kov) vše vrátilo do správných kolejí. Výrobci čipů tyto úspěchy opět investují zpět do čipů. Výsledkem jsou součástky menší, levnější, s vyšší kapacitou i výpočetním výkonem. Proto ač použité procesory či RAM paměti výše uvedené úspěchy používají, neprojevuje se to většinou spotřebou, ale naprosto jinde.
Operační paměť sama o sobě odlehčuje pomalejší datová úložiště. Srazit spotřebu operační paměti bylo snadné a stalo se, další „zázraky“ se však nedějí a nečekají se ani v blízké budoucnosti. Mohou se použít jen některé postupy, známé z procesorů (snižování napětí a frekvence ve chvílích nečinnosti). Větší servery také mohou mít odlišné cesty v závislosti na výrobci procesorů. A čipsety leccos řídí (někdy i samy sebe). Při výrobě samotné lze docílit někdy i extrémní úspory energie, navenek se to však tak dramaticky neprojevuje.
Příště: Pevné disky a jiná úložiště 
Článek vyšel ve spolupráci s časopisem Connect. Únorové číslo Connectu upírá hlavní pohled na databáze. Mimořádnou pozornost si zde zaslouží zejména neotřelé a otevřené pohledy odborníků na zkostnatělost samotných databázových systémů, ale i těch, kteří je neumí dostatečně a správně využívat. V dalším bloku únorový Connect analyzuje svět populárních malých netbooků, přičemž kromě modelu netbooku Fujitsu Siemens Amilo Mini Ui 3520 testuje i komunikátor HTC S740 a kameru Axis s kodekem H.264. V sekci Systémy radí jak jednoduše nainstalovat OS Windows na několik PC najednou, v Bezpečnosti pak přináší srovnání bezpečnostních řešení pro koncové stanice. Více informací najdete zde.
