Stromsparen extrem mit der LIrPA-Kompression

Auf Sparflamme

Moderne Desktop-Computer und Notebooks verwerten die kostbare elektrische Energie nur selten besser als eine herkömmliche Kochplatte – das meiste wird in Wärme umgesetzt. Dieser Artikel zeigt, wie Sie effektiv Strom sparen.

Aktuelle Prozessoren von AMD und Intel verbrauchen mit bis zu 90 Watt fast so viel wie ein Fernseher. Bauen Sie dann noch viel RAM und eine hochgerüstete Grafikkarte in Ihren Rechner ein, müssen Sie sich über eine Gesamtleistung von 300 Watt und mehr nicht wundern.

Für welch gigantische Leistungsaufnahme heutige Privat-Computer ausgelegt sind, zeigt schon ein flüchtiger Blick in das Gehäuse: 200-Watt-Netzteile sind völlig aus der Mode gekommen, in neuen Rechnern finden Sie meist 350- oder gar 400-Watt-Netzteile. Schon die Leistungsdaten der zentralen PC-Komponenten fallen erschreckend aus: Ein AMD Athlon 64 3200+ mit 2 GHz Prozessortakt und 1 MByte Cache verbraucht laut Hersteller-Spezifikation [1] bereits 89 Watt. Hinzu kommen noch einmal bis zu 40 Watt, die das Mainboard mit den aufgelöteten Komponenten wie PCI-, South- und Northbridge benötigt.

Stromsparen per ACPI

Mit herkömmlichen Stromspar-Mechanismen wie Heruntertakten des Prozessors per ACPI oder Abschalten der Festplatte liegt der Stromverbrauch bereits spürbar niedriger als bei Volllast. Der grö§te Stromverbrauch geht allerdings auf die ständig steigenden Leckströme der Transistoren zurück: Mit jeder Verkleinerung der Chips wird die Isolation zwischen Emitter und Kollektor sowie der Basis immer dünner. Sie besteht bei aktuellen 90-Mikrometer-Prozessen nur noch aus wenigen Atomlagen.

Die Halbleiter-Hersteller reagieren auf dieses Problem mit der Entwicklung verbesserter Halbleiter-Materialien: Etwa durch Verwendung von Kupfer als Leiterbahnen innerhalb des Chips sowie Basismaterialien mit hohem Isolationsfaktor aus teuren Silizium-Germanium-, Silizium-Indium- oder gar Gallium-Arsenid-Legierungen.

Problem Leckströme

Besonders viele Transistoren sind für die Herstellung von RAM-Bausteinen erforderlich, für jedes einzelne Bit eines SRAMs benötigen die Ingenieure sechs Transistoren und einen Kondensator. In herkömmlicher Technik gefertigt, können solche Transistoren Leckströme von bis zu einem Nano-Ampere verursachen – bei 512 MByteyte RAM summieren sich die Verluste auf über 25 A. Entsprechend gro§ war das Interesse an der Powermanagement-Technik, die Texas Instruments auf dem VLSI-Symposium Mitte letzten Jahres vorstellte. Sie soll in Zukunft SRAM-Zellen mit nur 2 pA Leckstrom [2] ermöglichen.

Doch nicht nur die RAM-Bausteine enthalten Speicherzellen, auch jeder Prozessor arbeitet heute mit mehrstufigen Caches. So befinden sich in jedem Athlon-64-Kern (Abbildung 1) allein 1 MByte Level-2-Cache plus zwei mal 64 KByte Level-1-Cache für Daten und Befehle – das macht allein 56,6 Millionen Transistoren im Prozessor nur für die Caches.

Abbildung 1: Beim Athlon 64 belegt der Level-2-Cache (rechts, braun) fast zwei Drittel der Chip-Oberfläche, hinzu kommen noch die zwei Level-1-Caches rechts oben und rechts unten (grüne Rechtecke) im eigentlichen Rechenwerk (links).

Logischerweise hängt die Stärke der Leckströme unmittelbar von der am Transistor angelegten Spannung ab. Während bei einer logischen Null in einer Speicherzelle keine oder eine kaum nennenswerte Ladung an den sechs Transistoren des Bits anliegt, wird bei einer logischen Eins eine Spannung von mehreren Volt im Kondensator gespeichert, was den Leckstrom auf ein Vielfaches gegenüber der Null-Spannung steigert.

Leckströme und Verluste des Kondensators bauen innerhalb von wenigen Millisekunden die gespeicherte Ladung einer logischen Eins ab, weshalb die für die Speicheransteuerung zuständige Northbridge die Speicherinhalte mehrere tausend mal pro Sekunde auffrischen muss – wobei lediglich die gespeicherten logischen Einsen ins Gewicht fallen. Logische Nullen hingegen sind relativ "billig" zu speichern, da hier das Refreshing entfällt. Ein möglicher Ansatz zum Stromsparen besteht also darin, die Zahl der Einsen im Speicher zu verringern.

LinuxCommunity kaufen

Einzelne Ausgabe
 
Abonnements
 
TABLET & SMARTPHONE APPS
Bald erhältlich
Get it on Google Play

Deutschland

Ähnliche Artikel

Kommentare

Infos zur Publikation

LU 08/2017: VIRTUALISIERUNG

Digitale Ausgabe: Preis € 5,95
(inkl. 19% MwSt.)

LinuxUser erscheint monatlich und kostet 5,95 Euro (mit DVD 8,50 Euro). Weitere Infos zum Heft finden Sie auf der Homepage.

Das Jahresabo kostet ab 86,70 Euro. Details dazu finden Sie im Computec-Shop. Im Probeabo erhalten Sie zudem drei Ausgaben zum reduzierten Preis.

Bei Google Play finden Sie digitale Ausgaben für Tablet & Smartphone.

HINWEIS ZU PAYPAL: Die Zahlung ist ohne eigenes Paypal-Konto ganz einfach per Kreditkarte oder Lastschrift möglich!

Aktuelle Fragen

Bash awk Verständnis-Frage
Josef Federl, 22.07.2017 17:46, 2 Antworten
#!/bin/bash # Skriptdateiname = test.sh spaltennummer=10 wert=zehner awk '{ $'$spaltennummer'...
Bash - verschachtelte Variablenersetzung, das geht doch eleganter als meine Lösung?
Josef Federl, 18.07.2017 20:24, 2 Antworten
#!/bin/bash #Ziel des Skriptes wird sein die ID zu extrahieren hier nur als Consolentest: root@...
Speicherplatzfreigabe mit "sudo apt-get clean" scheitert
Siegfried Böttcher, 16.07.2017 21:16, 2 Antworten
Speicherplatzfreigabe mit "sudo apt-get clean" scheitert, weil aus mir unerfindlichen Gründen im...
Möchte Zattoo vom PC am Fernsehgerät sehen können
Ilona Nikoui, 15.07.2017 18:25, 3 Antworten
Hallo, ich habe mein Fernsehgerät, ein LG 26LE3300 mit dem PC verbunden per HDMI Kabel, wie empfo...
TUXEDO und Hardwareauswahl , fragwürdig / Kritik
Josef Federl, 11.07.2017 12:44, 7 Antworten
Auf tuxedocomputers.com steht: "....Aber wir können auch Linux und das so, dass "einfach" alles...