Todos los procesadores (CPU/GPU/APU de escritorio, servidores y móviles) creados en los últimos 15 años poseen algún mecanismo de ahorro, esto es, reducen la frecuencia de reloj y/o voltajes de alimentación, incluso apagan secciones del chip, según el nivel de uso, consumiendo menos y generando menos calor. Aquí nos enfocaremos en el CPU, los GPUs normalmente esta capacidad activada.

En el entorno de escritorio y portátiles. Intel implementa su tecnología SpeedStep (Enhanced Intel SpeedStep, EIST) y AMD Cool´n´Quiet. El comportamiento en ambos casos es el mismo. Luego, el sistema operativo debe tomar ventaja de esto, indicándole al procesador los niveles de ahorro que puede emplear según carga de trabajo.

Otra opción son los niveles de consumo, los C-States, que habilitan opciones de hasta donde el sistema puede reducir el consumo.

• La reducción de consumo no solo se aplica al procesador, los circuitos de apoyo energético en la motherboard también pasarán a consumir menos y disipar menos calor al poder reducir la necesidad de entregar más corriente u operar en regímenes inferiores.

• La reducción de consumo implica reducción del calor disipado, lo que es bueno para la “salud” del hardware y su longevidad.

• También este calor disminuido, hace que los ventiladores funcionen a menor velocidad, lo que trae más tiempo de vida y menor ruido.

• Menos calor expelido, implica que los sistemas de ventilación y clima deben trabajar menos, lo que implica otra reducción del consumo global que implica cada puesto de trabajo.

Las computadoras más antiguas y las más potentes también son las que consumen más, y son en las que mejor se verá reflejado el cambio, la diferencia de consumo. Un aspecto a tener en cuenta en las más antiguas es el estado de la fuente de alimentación, por componentes que se degradan en el tiempo y la eficiencia va disminuyendo, es decir, debe extraerse más potencia de la línea eléctrica para entregar una misma cantidad al equipo. También la mayor temperatura de los componentes por mala disipación térmica provocada por suciedad en los ventiladores, filtros y disipadores, así como compuestos de transferencia térmica (pasta térmica) degradados, hace que la eficiencia energética sea peor, lo que aumenta el consumo.

La mayoría de las computadoras que usamos en el país emplean procesadores Intel, en este tipo de sistema nos enfocaremos. Visto que fundamentalmente en las más antiguas (y consumidoras) estas opciones aparecen desactivadas, se revela un margen de reducción de consumo energético.

Veamos un caso, de un procesador, no de los más antiguos o ineficientes energéticamente, que tiene el reloj fijado, es decir, estas opciones de que hablamos están desactivadas. Observamos el comportamiento y el consumo en reposo, en uso común (navegación web), y compilando un proyecto con varias cientos de archivos de código en Visual Studio 2015. Se observa un estimado de consumo del procesador, el de más a la izquierda. No mostramos un caso extremo, donde este procesador alcanza unos 62-65 watts de consumo, pero no depende de que las opciones estén activas o no. Téngase en cuenta estos datos para más adelante comparar.

0-5% -> 10 W
~25% -> 20 W
~55% -> 30 W
~100% -> 62 W

El consumo maximo teórico de este procesador es de 84 watts

Es necesario tener en cuenta que en los regímenes de baja carga la estimacion de consumo es mas dificil de realizar, por el ruido de fondo que generan otras aplicaciones y los límites de los sensores.

Empecemos viendo cómo se activa en el BIOS/UEFI.

Básicamente puede aparecer explícitamente como SpeedStep o EIST. Puede encontrarse en las opciones de energía o más comúnmente en las propias del procesador. Los C-states debe aparecer en la misma ventana o en una sección avanzada de esta.

Activar el SpeedStep / EIST.. Esto es la opción de primera necesidad.

Activar C-Sates, C1E. Al menos deben estar en Auto si aparece. El C3E si aparece, es útil para cuando la PC está sin ser utilizada o uso bajo o poco intenso (ejemplo, ofimática). PCs con uso más avanzado e intenso, dejarlo hasta el C1E.

SpeedStep no funciona si C1E no está activado.

En Windows, activar el plan de energía Balanceado.

Luego ya en el sistema operativo verificamos si el estado mínimo permitido es correcto. En el panel de control, opciones de energía:

En Advanced Power Settings verficar el valor de estado mínimo del CPU.

Si miramos el administrador de tareas, vemos el comportamiento del procesador, a una carga de trabajo elevada y otra a poca carga. Observamos la variabilidad de la velocidad de reloj del procesador

Vemos como en cargas más altas el CPU usa su velocidad de reloj establecida de 3.2 GHz, y al pasar a baja carga, puede caer hasta 0.8 GHz (800 MHz). Sin las opciones modificadas, la velocidad de reloj sería siempre 3.2 GHz en cualquier nivel de uso.

Empleando CoreTemp, podemos obtener el estimado del consumo de este procesador según niveles de carga. De izquierda a derecha, en reposo, desplazando una página web en Chrome y carga extrema (Prime95). Recordemos, esto es solo el procesador, no se estima el consumo del resto del sistema de apoyo al procesador en la motherboard.

0-5% -> 9 W (-1w)
~25% -> 12 W (-10w)
~55% -> 20 W (-10w)
~100% -> 62 W (sin cambio)

Además de mostrar la velocidad puntual del reloj del CPU, también muestra varios consumos estimados del hardware subsistema CPU. Si comparamos con los estados anteriores que se vieron al inicio, solo en el CPU tenemos unos 2 watts menos de consumo en reposo, y unos 10 watts en uso común. También ponemos de ejemplo el consumo máximo bajo estrés intenso, pero en el cualquier caso, es el mismo, el procesador pasa a los niveles más alto de rendimiento. Veamos otro ejemplo.

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Veamos de verdad que significa todo esto en energía sacada de la línea eléctrica.

Para comprobar la validez del uso de estas opciones, realizamos mediciones experimentales usando un multímetro digital. Empleando una extensión con cables divididos, conectamos cada PC de la muestra y se midió la corriente máxima que pasaba por el conductor en diferentes regímenes de uso y diferentes configuraciones. Midiendo igualmente el voltaje en la línea conectada, aplicamos luego la formula P = I x V, potencia es igual a corriente por voltaje, estimamos el consumo total del sistema.

La otra opción de medición es con el reporte de consumo del UPS al que esta conectada la PC. Estos datos los pongo posteriormente.

Ejemplos de consumo (en Watts) total (el equipo entero) de algunas PC que pude medir y otras a hacerlo proximamente. Las identificamos por el procesador.

• No se mide en carga máxima. En este caso se alcanza normalmente el consumo máximo.
• Sin carga. Después de cargar el sistema operativo, se da un tiempo para estabilización. Estado sin o muy baja interacción con la PC.
• Trabajo normal. Carga del sistema hasta login, luego se simuló con un paginado continuo en sitios web.

No se mide un trabajo más variable (entre ligero y más intenso) por sus diferentes variantes y las muchas formas de hacerlo. Este es el tipo de trabajo que genera más ahorro al existir más diferencias continuadas entre los momentos de uso alto (puede acercarse al máximo consumo del sistema) y los de bajo uso (casi el mínimo consumo). Como media se estiman unos 20 watts de ahorro en dependencia del hardware, los procesos realizados y su duración. Más adelante se realizarán estimaciones a partir de medidas reales.

Esta tabla se irá actualizando según se completen las pruebas

*Estas son las PCs con más potencial de ahorro.
**La PC de prueba posee una tarjeta gráfica de 22W de consumo en reposo. Para equiparar la estimación y siendo las pruebas a nivel de subsistema CPU, se le restó esta cantidad al valor inicialmente medido, aunque mantiene el resto del consumo asociado a la tarjeta. El consumo debe ser similar/inferior al i5-760, pero la relación se mantiene.

Vemos en el caso de carga mínima como se logra reducir el consumo total en unos 10W. Compárese con el reporte del CoreTemp de solo 1W de diferencia.

Todas estas opciones traen aparejado en algunos casos una ligerísima caída de rendimiento en operaciones de carga variable. En operaciones de mayor necesidad de cómputo o más intensas, el procesador pasará y mantendrá valores más elevados de rendimiento, pero solo en operaciones de carga alta los parámetros del procesador estarán a sus máximos valores.

En computadoras de uso ofimático puede notarse una ligera latencia en el arranque de aplicaciones, al entrar en efecto los C-States más profundos por mayores períodos de bajo uso o reposo, es decir poca o ninguna interacción o aplicaciones de muy baja necesidad de cómputo. También generan más ahorro relativo por el tipo de uso que se les da requiere menos actividad multi-núcleo, los cuales pueden pasar a estados de muy bajo consumo.

Personalmente, mis computadoras las tengo con todas estas opciones activas (excepto las más profundas), aún siendo mi trabajo intenso por momentos y con gran necesidad de cómputo. Las PCs que uso o están en mi entorno las he ido ajustando así.

El ahorro general estimado entre todos los tipos de PC, está entre 10 y 25 watts, según el nivel y tiempo de uso, el hardware de cada computadora y su eficiencia. Computadoras con uso menos intenso estarán mas tiempo en modos de baja energía consumida

También tenemos las opciones clasicas de paso a modo sleep del monitor cuando no se usa la compu, el apagado de los HDD si no hay acceso en largo rato (las PCs con un solo HDD esto no suele ocurrir, el S.O. lo usa continuamente).

Multipliquemos estos valores de energía media ahorrada en cada PC por la cantidad total de equipos, además de la extensión del tiempo de vida, el menor ruido, el menor calor disipado con el que los sistemas de climatización deben lidiar y para ello funcionar más tiempo o más intensamente.

Más actualizaciones en adelante….

Recomendar y referenciar este artículo a todos los que pueda interesar, para poner nuestro grano de arena en el ahorro energético. Centros e instituciones con muchas computadoras se verán beneficiados. Si son compus son mas antiguas, el diferencial puede ser mayor.


4 commentarios

warcos · 12 septiembre, 2019 a las 5:59 pm

jejeje que va … el Core i7 8700k lo tenia overclokeado a 5 MHz despues de ver varios tutoriales de Nate Gentile y uno muy importante de Ayur.. PERO como no tengo climatizado por ahora el local, volvi atras todo y deje los perfiles normales, solo las RAM en XMP.
pero igual paso renderizando todo el dia y la grafica se chupa un moton de corriente..
haga lo que haga el consumo es una barbaridad.. me dan ganas de gritar a fin de mes por la corriente ja jajajajaa

    Richard · 12 septiembre, 2019 a las 7:19 pm

    VALLA A 5MHz eso seria underclok o un error tulle jijijijiij

    Maikel · 14 septiembre, 2019 a las 12:27 pm

    que va por que?
    el overclock te va a seguir funcionando. cuando el micro lo necesite subira a 5GHz
    esto lo que hace es variar los requisitos de reloj y voltaje segun la carga de trabajo

    si no estas haciendo nada, baja al minimo. si es cosa suave sube a lo necesario. si esta en carga alta, sube hasta donde el boost y OC y gestion energetica del micro lo tengan definido

    no perderas rendimiento, si no que te va a dar el rendimiento necesario segun cada cosa que se haga. no es lo mismo leer un documento, que ver un video, que jugar, que hacer un render o codificar video

      Richard · 14 septiembre, 2019 a las 12:35 pm

      si he algunos creen que por hacer oc a 5GHz el micro va a estar a esa frecuencia todo el tiempo.

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