Ile prądu pobiera PC podczas pracy?
Słowem wstępu
Ten artykuł wyjaśnia jak zmienia się moc komputera w zależności od obciążenia procesora i karty graficznej. Wyznaczam również obliczeniowo cos φ.
Pomiary wykonałem dla trzech ustawień podzespołów:
- karta graficzna, procesor i pamięć ram po undervoltingu;
- ustawienia domyślne;
- karta graficzna, procesor i pamięć RAM po OC.
Co ma wpływ na ilość energii elektrycznej, którą pobiera komputer?
1. Podzespoły
Obecnie karty graficzne często potrafią pobrać więcej niż 200 W mocy. Stanowią przy tym jedne z najbardziej prądożernych urządzeń przyłączanych do zasilacza ATX.
Na drugim miejscu znajdzie się procesor, w moim przypadku można mówić o około 80 W w czasie obciążenia.
Od tej reguły oczywiście są wyjątki, mam tu na myśli komputery biurowe i komputery do zastosowań specjalnych.
Jeśli karta graficzna zasilona jest tylko poprzez złącze PCIe to nie powinna pobierać więcej niż 75 W mocy.
2. Certyfikat 80 Plus
Certyfikaty te określają sprawność zasilaczy w sprecyzowanych warunkach
Model zasilacza z certyfikatem najniższym charakteryzować powinien się sprawnością 82%, natomiast zasilacz z najwyższym certyfikatem sprawność posiada już 94%.
Przyjmując moc zestawu 150W, i korzystaniu 2 godziny dziennie, rocznie daje nam to energię/koszt :
w pierwszym przypadku:
\(E=(\frac{150}{1000}*2*365)*0,82\cong 133,5kWh\) / 53,5zł
w drugim przypadku:
\(E=(\frac{150}{1000}*2*365)*0,94\cong 116,4kWh\) / 46,6zł
3. Konfiguracja urządzeń
Podkręcanie poza podniesieniem częstotliwości taktowań wiąże się zwykle z koniecznością zwiększenia napięć dostarczanych do rdzeni procesorów, czy pamięci.
Z tą czynnością wiążę się pewna zależność: im wyższe napięcie na zaciskach danego elementu, tym większy prąd przez niego płynie – prawo te zostało odkryte prawie 200 lat temu.
Specyfikacja PC
Płyta główna
Model: B450 TOMAHAWK (MS-7C02)
BIOS: American Megatrends Inc. v. 1.70
Procesor
Model: AMD Ryzen 5 2600 3,4GHZ 16 MB
Karta graficzna
Model: EVGA GeForce GTX670
Pamięć VRAM: 2048MB DDR5/256bit 6008MHz
Pamięć RAM
Model: HyperX 16 GB DDR4 Predator 15 CL HX430C15PB3K2/16
Pojemność 16 GB
Taktowanie szyny pamięci: 3000
Opóźnienie: CL15
Dyski twarde
Drive 0
Model: Hitachi HDS721680PLA380
Pojemność: 74.5 GB
Interfejs: SATA
Drive 1
Model: GOODRAM C40
Pojemność: 28.0 GB
Interfejs: SATA
Drive 2
Model: IR-SSDPR-S25A-240
Pojemność: 223.6 GB
Interfejs: SATA
Drive 3
Model: XPG GAMMIX S5 – dysk systemowy
Pojemność: 238.5 GB
Interfejs: NVMe
Zasilacz
Model: RM650X
Moc: 650 W
Certyfikat sprawności: 80 Plus Gold
Sprawność: 89%
Cos φ(przy pełnym obciążeniu): 0,99 – w mojej ocenie jest to wartość bardzo dobra, wskazuje na skuteczny układ PFC, z całą pewnością aktywny.
Obudowa
Model: SilentiumPC Armis AR7
Typ obudowy Midi Tower ATX
Inne
Corsair H100i Pro – zestaw AIO 2x120mm
4 wentylatory 120mm
1 wentylator 140mm
ICY BOX IB-864-B czytnik kart montowany w zatoce 3,5′
Szacowana moc zestawu z ustawieniami domyślnymi, pod obciążeniem
Karta graficzna: 200W
Procesor: 80W
1 HDD: 9W
3 SSD: 12W
7 wentylatorów + pompa AIO: 20W
Napęd optyczny + czytnik pamięci: 5W
Razem: 326W/1,42A
Metodyka badań i nieco teorii
Pomiar wartości elektrycznych
Pomiary wykonałem analogową walizką pomiarową VAW-M2, w skład której wchodzi amperomierz 5A, woltomierz 150/300/600V, watomierz 5A 150/300/600V i przekładnik o uniwersalnej przekładni. Watomierz to ustrój iloczynowy, wartość mocy którą wyświetla jest iloczynem napięcia, prądu i cos φ, stąd podając jego zakres podaje dwie 2 liczby.
Są to przyrządy klasy 1, czyli przy pełnym zakresie możemy mówić o 1% błędzie, tj. dla zakresu 2,5A 300V, czyli 750W błąd wynosi 5,75W.
Walizka na czas pomiarów miała nastawiony zakres: 300V, 2,5A.
Różnica między watomierzem analogowym, a watomierz cyfrowym
Dlaczego nie wybrać łatwiejszego w obsłudze gniazdkowego watomierza elektronicznego?
Klasa dokładności, a raczej jak to określa jego producent „dokładność” ±2% jest wątpliwa. Dla cyfrowych urządzeń pomiarowych powinno się również podawać informacje o błędzie digitalizacji i rozdzielczość z jaką możemy odczytać wynik.
Stąd wartość pomiarowa takiego przyrządu jest niska.
Największą wadą tanich przyrządów pomiarowych to znaczne błędy które popełniają przy pomiarach przebiegów odkształconych, np. przebiegów prądów prostownika(który z reguły znajduje się w każdym zasilaczu ATX).
Ustroje elektromagnetyczne przyrządów analogowych dobrze sobie radzą z przebiegami odkształconymi, mierzą one „prawdziwą wartość skuteczną”.
Pomiar prądu w trybie stand-by
Pomiar ten wykazuje, ile zasilacz pobiera mocy czynnej w czasie kiedy wydaje się nam, że ten odbiornik jest wyłączony.
Moc czynna to ta, za która odbiorcy komunalni płacą. Moc bierna rozliczana jest dla większych odbiorców energii elektrycznej.
Pomiar prądu wykonano amperomierzem analogowym YOKOGAWA ELECTRIC WORKS LTD na zakresie 0,1A i 0,2A z klasą dokładności 0,5%.
Pomiar napięcia wykonano galwanometrem zwierciadlanym D567 o klasie 0.5%. Jest to rodzaj dość dokładnego woltomierza, gdzie rolę wskazówki pełni odbita o ruchomego zwierciadła wąska strużka światła rzucana na skalę przyrządu.
Moce zostały zmierzone przy pomocy walizki VAW-M2. Aby uzyskać zakres prądowy 0,2A podłączono przekładnik prądowy 25/5 A/A. Zakres napięcia 300V dla każdego pomiaru.
Napięcie regulowane jest za pomocą autotransformatora małej mocy.
| Tabela poboru prądu podczas pracy zasilacza w trybie standby | |||
| Parametry | Wartość napięcia zasilającego | ||
| 100V(-57%) | Wartość znamionowa | 240(+4,3%) | |
| Zmierzone napięcie sieci[V] | 100 | 230 | 240 |
| Prąd pobierany z sieci[mA] | 70 | 150 | 153 |
Moc czynna[W] | 0,8* | 0,8* | 0,8* |
| Moc bierna[VAr] | 7* | 34* | 36* |
Cos fi[-] | 0,11* | 0,2* | 0,2* |
*Wynik obarczony dużym błędem, ponieważ wychylenie watomierza pomimo niskiego zakresu 60W wynosiło tylko jedną działkę na 75.
Jak widać wzrost napięcia ma duży wpływ na wielkość prądu pobieranego z przez zasilacz w trybie standby.
Jednocześnie zasilacz pobiera niewiele mocy czynnej, która jest na granicy progu rejestracji przyrządu.
Niski współczynnik mocy – cos φ może oznaczać, że wartość prądu pobierana przez zasilacz wynika z istnienia kondensatorów w torze zasilania 230V (zwykle znajdują się w filtrach przeciwzakłóceniowych).
Pomiar temperatury pamięci RAM
Pamięci RAM w badanym komputerze nie posiadały czujnika temperatury.
Aby zmierzyć ten parametr wykorzystano miernik UA-902C+, który posiada klasę dokładności ±(0.75% + 1) na zakresie 1 ℃ ~ 500 ℃. Termopara została przymocowana taśmą kaptonową do radiatora pamięci RAM.
Pomiar prędkości wentylatorów
7 wentylatorów posiada regulację w zależności od temperatury przypisanego elementu który w założeniu ma schładzać.
Aby porównać różne wartości prędkości podczas prób obciążenia postanowiłem dodać do siebie szczytowe wartości obrotów tych wentylatorów.Oczywiście te same krzywe T/U w każdej z konfiguracji – po kilku minutach na profilu OC w OCCT program przerywał test ze względu na osiągnięcie przez GPU 80*C.
Po zmianie krzywych prędkości wentylatora karty grafika już nie osiągała swojej granicznej temperatury.
Konfiguracja poszczególnych profili
| Parametry | Konfiguracja po undervoltingu | Konfiguracja domyślna | Konfiguracja po OC |
| Procesor | |||
| Taktowanie rdzenia [MHz] | 3600 | 3825 | 4100 |
| Napięcie rdzenia [V] | 1,05 | 1,234 | 1,436 |
| Pamięć RAM | |||
| Taktowanie pamięci RAM [MHz] | 1466(2932) | 1199,7(2399,4) | 3 464 |
| Napięcie RAM [V] | 1,25 | 1,35 | 1,32 |
| Karta graficzna | |||
| Taktowanie rdzenia graficznego [MHz] | 980 | 940 | 1 063 |
| Taktowanie pamięci VRAM [MHz] | 1511 | 1 502 | 1 754 |
| Napięcie rdzenia graficznego [V] | 0,987 | 1,05 | 1,15 |
| Wersja biosu | zmodyfikowany | 80.04.5C.00.70 | 80.04.5C.00.70 |
,4
Wyniki końcowe
| Parametry | Konfiguracja po undervoltingu | Konfiguracja domyślna | Konfiguracja po OC |
| Moc czynna pobierana przez zasilacz[W] | 77,33 | 96,67 | 121,67 |
| Prąd pobierany z sieci [A] | 0,4 | 0,48 | 0,6 |
| cos φ | 0,84 | 0,86 | 88 |
| Temperatura ΔCPU [ºC] | 10,83 | 11,43 | 13,7 |
| Temperatura ΔGPU [ºC] | 8,9 | 10,2 | 33 |
| Temperatura ΔRAM [ºC] | 7 | 7,3 | 8,8 |
| Suma prędkości wentylatorów [tyś. obr/min] | 5 | 5,2 | 5,5 |
| Parametry | Konfiguracja po undervoltingu | Konfiguracja domyślna | Konfiguracja po OC |
| Moc czynna pobierana przez zasilacz[W] | 191,27 | 198 | 231,88 |
| Prąd pobierany z sieci [A] | 0,86 | 0,9 | 1,15 |
| Cos φ | 0,96 | 0,95 | 0,98 |
| Temperatura ΔCPU [ºC] | 13,08 | 24,95 | 74,63 |
| Temperatura ΔGPU [ºC] | 30,6 | 57,7 | 47,7 |
| Temperatura ΔRAM [ºC] | 7,2 | 8,1 | 11,1 |
| Suma prędkości wentylatorów [tyś. obr/min] | 5,6 | 6 | 9,7 |
| Ilość punktów w programie 3DMark11 | 7 604 | 8 783 | 9 460 |
| Szczegółowe wyniki programu 3DMark |  |  |  |
| Parametry | Konfiguracja po undervoltingu | Konfiguracja domyślna | Konfiguracja po OC |
| Moc czynna pobierana przez zasilacz[W] | 197,33 | 223,33 | 246 |
| Prąd pobierany z sieci [A] | 0,88 | 1,02 | 1,1 |
| Cos φ | 0,97 | 0,95 | 0,97 |
| Temperatura ΔCPU [ºC] | 19,7 | 22,58 | 46,95 |
| Temperatura ΔGPU [ºC] | 35,8 | 55,7 | 36,7 |
| Temperatura ΔRAM [ºC] | 9,8 | 9,1 | 10,6 |
| Suma prędkości wentylatorów [tyś. obr/min] | 5 | 6,5 | 9,9 |
| Ilość klatek[min] | 33 | 32 | 31 |
| Ilość klatek[śred.] | 37 | 36 | 36 |
| Parametry | Konfiguracja po undervoltingu | Konfiguracja domyślna | Konfiguracja po OC | |
| Do 70*C na GPU | Powyżej 70*C na GPU | |||
| Moc czynna pobierana przez zasilacz[W] | 222,67 | 280 | 270 | 406 |
| Prąd pobierany z sieci [A] | 1 | 1,25 | 1,22 | 1,82 |
| Cos φ | 0,97 | 0,98 | 0,96 | 0,97 |
| Temperatura ΔCPU [ºC] | 39,95 | 34,2 | 70,58 | |
| Temperatura ΔGPU [ºC] | 45,7 | 56,7 | 53,7 | |
| Temperatura ΔRAM [ºC] | 9,6 | 9,9 | 10 | |
| Suma prędkości wentylatorów [tyś. obr/min] | 7,8 | 8 | 22(5,1GPU) | |
Omówienie wyników
Różnica poboru mocy przy braku obciążenia pomiędzy UV i OC wynosiła 44W.
W każdym z tych ustawień szum wentylatorów był znikomy.
Pomiar mocy podczas wykonywaniu testów w programie 3DMark 11 nie wykazuje dużych rożnić pomiędzy poszczególnymi profilami. W skrajnym wypadku różnica wynosiła 40W.
Znacząca przewaga temperatury CPU i GPU dla profilu UV. Wentylatory w takim przypadku kręcą się niemalże z najniższą możliwą prędkością.
W grze FARCRY 5, tak jak we wcześniejszym przypadku największą moc pobierał komputer z podkręconymi zegarami. Przy UV można liczyć na nieznaczny wzrost ilości klatek.
Przy OC niestety karta graficzna zmniejszała swoje taktowania ze względu na wzrost temperatury rdzenia powyżej 70*C, stąd spadek o 1 klatkę minimalnej ilości klatek.
Gracze chcący podkręcić swój komputer muszą liczyć się z około 10% większym poborem prądu względem domyślnych parametrów.
Syntetyczny benchmark OCCT ukazuje duże różnice w poborze prądu pomiędzy konfiguracją UV i OC. Mówimy tu o wartości różnicy aż 183W na niekorzyść OC!
Przy pierwszej próbie karta graficzna po około 3 minutach osiągała temperaturę ponad 80*C i program automatycznie przerywał benchmark. Po zmianie ustawień wentylatora można było dokończyć testy, z suszarką w obudowie komputera…
Powyższy wykres wyjaśnia dlaczego po osiągnięciu 70*C ma GPU następuje nagły wzrost mocy.
Aby odciążyć GPU, prawdopodobnie CPU przejmuję część obliczeń.
Podsumowanie
Najwięcej pracy włożyłem w przygotowanie ustawień dla profilu UV.
Dzięki takiej konfiguracji jesteśmy w stanie znacznie obniżyć pobór prądu przez zestaw PC, a tym samym rachunki za prąd.
Kultura pracy podzespołów oraz cisza nawet pod obciążeniem według mnie dobrze rekompensuje kilkuprocentowy spadek w 3DMark.
Zupełnym przeciwieństwem jest zestaw PC po podkręceniu.
Podczas testów w programie OCCT, temperatura na podkręconym procesorze była w stanie wzrosnąć do 93*C.
Widocznie zamontowany w PC 240mm zestaw AIO był już na granicy swoich możliwości.
Przez szum wydobywający się z obudowy praca na takim komputerze nie należy do przyjemnych.
Od pewnego czasu modne jest podkręcanie podzespołów komputera, jednak czy aby na pewno przynosi ono spodziewane efekty i czy w perspektywie czasu nie będzie miało destrukcyjnego wpływu na poszczególne elementy komputera?
Bonus - pomiar prądu i napięcia AC zasilacza PC oscyloskopem
Wartości napięć i prądów nie będą zbieżne do poprzednich wyników, ponieważ pomiar wykonano na innym zestawie komputerowym. Poniżej przedstawiono 3 oscylogramy. Pierwszy przebieg wykonano z podstawą czasu 2s co pozwoliło zarejestrować wzrost prądu na początku testu (od chwili załączenia testu zestaw pobierał większą moc – potem sterownik GPU ograniczał ilość klatek do 45 i obciążenie spadało – w najbliższym czasie powtórzę test). Kolejne dwa pomiary wykonano z podstawą czasu wynoszącą 5ms. Na przedstawionych w ten sposób przebiegach prądu można zaobserwować nieznaczne odkształcenie przebiegu prądu na wskutek zawartości harmonicznych (z prostownika zasilacza).
Bardzo przydatne informacje, czasem się zastanawiałem ile prądu pobiera komp.
Super artykuł, widać sporo pracy i czasu włożone. Zawsze byłem przeciwny OC. Tym samym co do generowanego ciepła mogę powiedzieć, że wolę nvidię nad amd, mimo że ostatnio na rynku są słabsze cena/wydajność to więcej prądu zjadają i bardziej się grzeją.