V Brně dne 1. ledna

Mendelova univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta

Možnosti snížení energetické náročnosti provozu výpočetní techniky Bakalářská práce

Vedoucí práce: Ing. Petr Jedlička, Ph.D.

Jaromír Salák

Brno, 2013

Chci poděkovat Ing. Martinovi Pokornému, Ph.D. za inspiraci při hledání vhodného tématu a Ing. Petru Jedličkovi, Ph.D. za vhodné nasměrování k tématu. Nesmím ani opomenout technika Ing. Tomáše Koubka za ochotu a zpřístupnění studovny PEF MENDELU a přípravu neprodukčních serverů pro praktické pokusy práce a stejně tak děkuji Ing. Tomáši Kubínovi, který mi byl poradcem v oblasti elektrotechniky při řešení problémů s jističi v učebnách. Musím poděkovat i Janu Sedlačíkovi, za rady s Texem a připomínky k práci.

Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vyřešil samostatně s použitím literatury, kterou uvádím v seznamu. Po úspěšném obhájení bude tato bakalářská práce použita pro nabídku provedení prací pro snížení spotřeby počítačů v komerčních firmách.

V Brně dne 1. ledna 2013

................................................................

4

Abstract Salák, J. Potentiality of lowering energetical performance of computing . Bachelor thesis. Brno 2013 Exploration potential of lowering energetical performance in computing at Faculty of Bussines and Economics is presented here. Taking necessary measures to lower energetical performance of Computing is priority of this bachelor thesis. Key words Lowering energetical performance, green computing, undervolting, underclocking.

Abstrakt Salák, J. Možnosti snížení energetické náročnosti výpočetní techniky. Bakalářská práce. Brno 2013 Prozkoumání možností snížení energetické náročnosti výpočetní techniky na provozně ekonomické fakultě. Provedení nezbytných opatření ke snížení energetické náročnosti výpočetní techniky je prioritou této bakalářské práce. Klíčová slova Snížení energetické náročnosti, ekologická výpočetní technika, undervolting, underclocking.

5

OBSAH

Obsah 1 Úvod a cíl práce 1.1 Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Cíl práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 8 8

2 Současná situace úsporných opatření

9

3 Současná situace úsporných technologií a jejich možnosti 3.1 AMD Cool and Quiet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Intel Speedstep a Intel Enhanced Speedstep technology . . . 3.3 Možnosti modifikací u Intelu a AMD . . . . . . . . . . . . . 3.4 Možnosti snížení spotřeby grafických karet . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

11 11 11 11 12

4 Techniky snížení spotřeby počítače 4.1 Nižší teploty, nižší spotřeba, delší životnost součástek . . . 4.2 Underclocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Undervolting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Undervolting na Windows . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Undervolting na Linuxu . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3 Undervolting na Mac OS . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Změna úsporné behaviorální politiky počítačového systému 4.5 Správné nastavení výpočetní techniky . . . . . . . . . . . . 4.5.1 Vhodné nastavení BIOSu základních desek . . . . . 4.5.2 Urychlení bootu počítače . . . . . . . . . . . . . . 4.5.3 Ergonomie a nastavení monitorů . . . . . . . . . . 4.5.4 Šetřící politiky, nejnovější verze ovladačů . . . . . . 4.5.5 Vypínání namísto používání úsporných režimů . . . 4.6 Poučení pro příští nákup výpočetní techniky . . . . . . . . 4.6.1 Efektivity počítačových zdrojů . . . . . . . . . . . 4.6.2 Úsporné procesory . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6.3 Úsporné základní desky . . . . . . . . . . . . . . . 4.6.4 Méně modulů operačních pamětí . . . . . . . . . . 4.7 Dual Seat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Snížení spotřeby chováním uživatele . . . . . . . . . . . . . 4.9 Jaká výpočetní technika je vhodná k investicím . . . . . . 4.10 Kritické zhodnocení hledisek včetně ekonomického . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 15 15 16 18 20 21 21 22 22 23 24 24 24 24 25 25 25 25 25 26 26 27

5 Metodika aplikace některých technik za účelem snížení spotřeby 5.1 Důležitost volby správné hodnoticí metodiky . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Testy stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Testované sestavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Metodika Testování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Benchmarky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28 28 28 29 30 30

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

OBSAH

5.6

5.7 5.8 5.9

Měření spotřeby . . . . . . . . . . 5.6.1 Měření spotřeby počítačů 5.6.2 Měření spotřeby v zátěži . Generování zátěže . . . . . . . . . Měření teplot . . . . . . . . . . . Metodika snižování spotřeby . . .

6 Výsledky měření spotřeby 6.1 Počítače ve studovně . . 6.2 Počítače v učebně Q04 . 6.3 Macy v učebně Q04 . . . 6.4 Učebna Q05 . . . . . . . 6.5 Učebny Q06, Q07 . . . . 6.6 Učebny Q08, Q09 . . . . 6.7 Shrnutí . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

7 Výsledky testů 7.1 Testy stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Underclocking CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Undervolting CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Testy spotřeby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Výkonnostní benchmarky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Underclocking CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7 Underclocking GPU/APU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.8 Undervolting GPU/APU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9 Snižování spotřeby monitoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.10 Změnou nastavení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.11 Vliv okolní teploty na spotřebu monitoru . . . . . . . . . . . . . . . 7.12 Vliv nastavení výstupu z grafické karty na spotřebu monitoru . . . 7.13 Vliv Operačního Systému při defaultním nastavení na výslednou spotřebu počítače . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Aplikace některých technik za účelem snížení 8.1 Aplikace undervoltingu . . . . . . . . . . . . . 8.2 Minimální investice . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Podsvětlení LCD monitorů . . . . . . . . . . . 8.4 Servery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Multiseat řešení . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6 Teplovodivé pasty . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7 Pozdější nákupní rozhodování . . . . . . . . . 8.8 Úsporné počítače s nižším TDP . . . . . . . . 8.9 Vhodné nastavení . . . . . . . . . . . . . . . . 8.10 Tepelná úspora . . . . . . . . . . . . . . . . .

spotřeby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a závěr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . .

32 32 32 33 33 34

. . . . . . .

35 35 35 35 35 36 36 36

. . . . . . . . . . . .

37 37 37 37 38 38 39 39 39 40 40 40 40

. 41 . . . . . . . . . .

43 43 43 44 44 45 45 46 47 47 48

7

OBSAH

8.11 8.12 8.13 8.14 8.15 8.16 8.17 8.18 8.19

Budoucnost úsporných procesorů . . . . . . . . . . . . Analýza potřeb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Efektivnější nastavení BIOSu . . . . . . . . . . . . . . Efektivnější behaviorální politika úspory počítače . . . Co nelze aplikovat? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spínané zásuvky do kanceláří . . . . . . . . . . . . . . Centralizovaná správa . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nahrazení terminálů pro studenty architekturou ARM Finanční výsledky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 Reference

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

49 50 50 50 51 51 51 52 52 53

10 Přílohy 59 10.1 Seznam odkazů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

1

ÚVOD A CÍL PRÁCE

1 1.1

8

Úvod a cíl práce Úvod

Po úderu finanční recese v roce 2008 spousta firem i domácností hledá možnosti, jak ušetřit tak, aby se to co nejméně podepsalo na fungování podniku, či konkrétní domácnosti. Mnohé státy světa dokonce už i platí firmám za snížení provozních nákladů ve státní sféře z toho, co jim firmy ušetří a přesto se jim takové jednání vyplatí. Údajně až 15 % úspor firemních nákladů by neměla firma poznat na jejím chodu. 43 Snížení energetické náročnosti výpočetní techniky je jedna z položek, která se firmám vyplatí, ať už funguje na jakékoliv technice. Vždy lze investovat do úspornější techniky, spousta podniků a domácností však není ochotna vkládat finance do úspornější techniky, což dokladuje průměrné stáří serverů z průzkumu společnosti Intel. Až 63 % firem obměňuje serverovou infrastrukturu po pěti a více letech. Průzkum proběhl mezi 180 respondenty z řad středních a velkých firem působících v České republice. U 35 % firem je cyklus obnovy čtyřletý a pouhá 2 % obměňují serverovou infrastrukturu v kratším intervalu. 39 Z modelové kalkulace dle Evžena Pavlovského společnosti Intel vyplývá, že střední firma s 15 servery starými 5 let, může investicí do jediného výkonného serveru nové generace ušetřit na ročních nákladech až 100 000 Kč. 20 Co lze však provést s každým počítačem je snížení jeho energetické náročnosti tak, aby se to nemuselo promítnout ani na stabilitě, ani na snížení výkonu. Techniky, kterých tímto lze dosáhnout jsou popsány v dalších kapitolách této práce.

1.2

Cíl práce

Primárním cílem práce je navržení úsporného opatření v zájmu snížení energetické náročnosti výpočetní techniky na PEF MENDELU. Za cíl práce lze také považovat prokázání nesnížení výpočetního výkonu počítačů, nesnížení stability, při vhodné aplikaci undervoltingu. Součástí primárního cíle navržení úsporného opatření je i aplikace některých technik pro snížení spotřeby, otestování výkonu, stability na vybrané výpočetní technice na PEF MENDELU. Výstupem práce bude navržení opatření pro snížení provozních nákladů na provoz výpočetní techniky na PEF MENDELU a navržení vhodných investic, které pomohou PEF MENDELU náklady na výpočetní techniku snížit.

2

2

SOUČASNÁ SITUACE ÚSPORNÝCH OPATŘENÍ

9

Současná situace úsporných opatření

Počítače v učebnách, které jsou vypnuté, mají i přes svůj vypnutý stav spotřebu elektrického proudu. Každý počítač i monitor na PEF MENDELU není nijak fyzicky odpojován z elektrické sítě tak, aby neměl žádnou spotřebu. Počítače na terminálech pro studenty na přihlašování na zkoušky do UIS běží dokonce 24 hodin denně. Situaci ještě zhoršuje klimatizační řešení budovy Q, které je nuceno pracovat na plný výkon, když zaměstnanci otevírají okna ve dnech, kdy bývají venku teploty více než 27 °C. V takovém případě je řešení klimatizace nuceno pracovat na plný výkon, ovšem zbytečně, protože klimatizovaný vzduch se mísí s ohřátým vzduchem proudícím z oken. Ovšem skutečnost je taková, že klimatizační řešení je dle názorů studentů i zaměstnanců buď neúčinné, nebo je nastaveno takzvaně na hraně, protože řešení nezvládá uchladit množství techniky a současně tepelný výkon vyzařovaný lidmi v místnosti. Naopak technika chladí příliš intenzivně, když je v učebně, či přednáškové místnosti přítomno jen pár lidí. Klimatizace v tomto případě opět pracuje na výkon, na který byla dimenzována při plném přednáškovém sálu, nebo při plné učebně studentů. Ceny elektřiny jsou 2,80Kč za kWh pro fakultu PEF. 18 Lidově řečeno, co si fakulta propálí, si také fakulta zaplatí. Pokud si jiná fakulta objedná učebnu v prostorech fakulty PEF, proplatí za pronajatý čas/místnost/elektřinu hostující fakultě, ve které se učebna nachází. Otázkou je, zda-li je UI dostatečně motivováno šetřit či nikoliv, dále pak, zda-li má motivaci šetřit finance na elektřině vedení fakulty PEF a zda-li by byly ušetřené finance pro fakultu PEF zajímavé z hlediska ročního provozu, či odstupu několika let. Od roku 2011 platí elektřinu každá fakulta zvlášť na základě údajů opisovaných z elektroměrů na každé budově fakulty. V roce 2011 zaplatila fakulta PEF za elektřinu 2 318 190 Kč. Je otázkou, zda-li jsou zaměstnanci školeni, aby šetřili elektřinu a zda taky nějakým způsobem elektřinu šetří. V neposlední řade je vhodné položit si otázku, zda-li se PEF MENDELU vyplatí šetřit na elektřině, či nikoliv. Ze zjištěných informací je nutné pochválit současné správce výpočetní techniky Ing. Tomáše Koubka a Ing. Tomáše Kubína. Při zjišťování, které nepotřebné systémové služby by bylo možné deaktivovat, bylo zjištěno, že drtivá většina doporučovaných služeb k deaktivaci v případě jejich nepotřebnosti, je již deaktivována. Uvedená optimalizace spouštěných služeb je tedy vhodná vzhledem k namáhání počítače a lze ji označit za optimalizaci z hlediska šetření elektřiny. Ačkoliv se uvedená optimalizace může pohybovat na hranici měřitelnosti a prokazatelnosti, z logického hlediska vyplývá, že čím méně služeb je spouštěno, tím méně služeb vyžaduje systémové prostředky operačního systému. Pokud tedy oproti nezoptimalizovanému operačnímu systému uvedený zoptimalizovaný systém vyžaduje méně přístupů k hardwaru, lze ho tedy označit za behaviorálně úspornější, než v případě nezoptimalizovaného operačního systému.

2

SOUČASNÁ SITUACE ÚSPORNÝCH OPATŘENÍ

10

V praktickém hledisku, což nyní vnímejme jako spekulaci, takový operační systém může zaznamenat rychlejší náběh a počítač by buď ve stejném čase dříve nastartoval operační systém, anebo by za uvedenou dobu spotřeboval méně energie kvůli službám které nenastartovaly, a tedy se nedožadovaly výpočetního výkonu počítače pro svůj start a další provoz. Co však lze vnímat jako fakt je, že se vzrůstajícími požadavky procesů operačního systému na výpočetní výkon počítače, zvyšuje vytížení počítače, teplotu jeho součástek a také spotřebu elektrického proudu.

3

SOUČASNÁ SITUACE ÚSPORNÝCH TECHNOLOGIÍ A JEJICH MOŽNOSTI

3

11

Současná situace úsporných technologií a jejich možnosti

Úsporných technologií, patentů a úsporných opatření zaváděných do komerční praxe existuje velké množství. Jmenujme tedy alespoň ty nejdůležitější pro UI PEF MENDELU.

3.1

AMD Cool and Quiet

Americká společnost AMD s příchodem procesorů řady Phenom II výrobním procesem 32nm představila již třetí generaci technologie Cool and Quiet. Ve své podstatě tato technologie je souhrnem několika dalších funkcí a možností, které používá procesor k tomu, aby jeho chod dle aktuálního využívání spotřeboval tolik energie, kolik je nezbytně nutné. Jedná se taky o technologii zefektivňující práci procesoru, který pak na zpracování stejných instrukcí vyžaduje méně výpočetních cyklů, jako je tomu například u technologie Smart Fetch technology. Ta používá L3 cache, která jednou zpracovaná data sdílí mezi jádry procesoru. Ostatní jádra tedy nemusí stejná data zpracovávat znovu, protože je mají k dispozici již v L3 cache. 3

3.2

Intel Speedstep a Intel Enhanced Speedstep technology

Stejně jako v případě společnosti AMD, společnost Intel má principiálně velmi podobnou technologii s podobnými výsledky, jako je tomu v případě AMD. Opět se jedná o technologii zefektivňující chod procesoru a současně technologii, která nutí procesor spotřebovávat jen tolik energie, kolik je nezbytně nutné. Stejně jako v případě technologie Cool and Quiet od společnosti AMD musí tuto technologii procesor podporovat a operační systém musí skrze ovladače tuto technologii využívat. Technologii musí tedy podporovat nejen procesor, ale i chipset, BIOS základní desky a operační systém. 40

3.3

Možnosti modifikací u Intelu a AMD

Položme si otázku, který z výrobců CPU nabízí lepší možnosti škálování výkonu. Zatímco Intel nabízí zdarma některým svým uživatelům takzvanou Intel Desktop Control Center Utility zdarma stažitelnou na odkaze přílohy č. 3, AMD ve všech ohledech doslova válcuje utilitu od Intelu možnostmi svého řešení AMD Overdrive. AMD Overdrive umožňuje nejen taktování, podtaktování, změny elektrického napětí nejen na procesoru, ale i na operačních pamětech a základní desce. Dokáže monitorovat otáčky větráků, teploty, elektrická napětí komponent. Otázka zní, proč se utility těchto 2 výrobců tak liší? Nemusíme chodit příliš daleko s odpovědí, vyjděme z cen procesorů. Je obecně známo, že AMD nastavuje mnohem nižší ceny za své CPU a APU oproti Intelu. Nejenže je to dáno výkonnostním propadem v aplikačních testech ve

3.4

Možnosti snížení spotřeby grafických karet

12

srovnání s procesory od Intelu, ale je to rovněž dáno skutečností, že Intel přechází na modernější technologie dříve, nežli AMD.44 Zatímco dnes Intel aplikuje 22nm výrobní proces při výrobě procesorů a APU, AMD stále používá 32nm proces a přechází u svých APU teprve na 28nm výrobní proces. 41 Je tedy zřejmé, že když nelze konkurovat Intelu výkonem, musí to jít jinak. AMD si za roky nadvlády Intelu na trhu vybudovalo rozsáhlé komunity overclockerů, kteří raději koupí levnější procesor od AMD, přetaktují si ho a získají tak zdarma výkon o něco bližší procesorům od Intelu. Společnosti Intel a AMD však mají množství fanoušků a početné overclockerské komunity s proměnlivým počtem členů. Vnímejme tedy předchozí informaci raději jako logickou spekulaci. Intel ve své historii lidově řečeno házel overclockerům klacky pod nohy tím, že procesory ztrácely automaticky záruku, když jim byla zvednuta jakkoliv frekvence, nebo násobič. Takové procesory byly nereklamovatelné, protože by výrobce snadno poznal, že na procesoru byl proveden overclocking, ačkoliv overclocking byl proveden pouze softwarově. Nicméně v historii jsme se mohli setkat s procesory, kterým šlo bez problému změnit jejich násobič. Lze uvést například procesory Intel Celeron, Pentium 2, Pentium 3, AMD Athlon. Od roku 2004 od toho ovšem výrobci základních desek začali upouštět. Navíc se jednalo o funkcionalitu základních desek určených pro přetaktování či podtaktování. Často jsme se mohli setkat s procesory, které měly a dodnes většina procesorů má uzamčen násobič směrem nahoru a lze pouze škálovat jeho výkon směrem dolů a tím pádem regulovat frekvenci procesoru. Jádro procesoru operuje stále dodnes ve frekvencích 200 MHz v případě AMD. Důvod, proč máme dnes procesorové jádro o frekvenci 2 nebo 3 GHz, je existence multiplikátoru, česky násobiče, který násobí frekvenci jádra na požadovanou hodnotu. Tedy pokud má procesor frekvenci 2 GHz a jádro procesoru běží na 200 MHz, hodnota násobiče je 10. Procesory mají v drtivé většině násobič uzamčený. To znamená, že nelze násobič změnit tak, aby procesor operoval například na 2,2 GHz zvýšením násobiče na hodnotu 11x. Procesory které jsou určené pro přetaktování mají násobič odemčený. U Intelu tomu odpovídají jakékoliv procesory s písmenem K na konci názvu značení. AMD své procesory a APU nazvalo přízviskem Black Edition, zkratkou BE.

3.4

Možnosti snížení spotřeby grafických karet

Na poli grafických karet budeme hovořit o výrobcích Via, AMD(ATI), Nvidia a Intel. Opomeňme nyní historii grafických karet a věnujme se současné situaci na trhu s grafickými kartami. Zatímco Via vyrábí řešení pro lowendová řešení s nejnižší spotřebou, Intel vyrábí rovněž výkonnostně nezajímavá řešení, kde můžeme zmínit především APU, v nedávné minulosti ještě integrovaná řešení Intel řady 4500. Boj o prvenství každoročně svádí společnost AMD se společností Nvidia. Obě společnosti nabízí širokou škálu grafických karet z hlediska výkonu a jejich využití.

3.4

Možnosti snížení spotřeby grafických karet

13

Narozdíl od společnosti AMD, společnost Nvidia nenabízí APU. U všech grafických řešení, až na výjimky, lze snižovat elektrické napětí. Postup lze však označit za nebezpečný, protože pro trvalé nastavení grafického řešení je nutné přepsat BIOS daného grafické řešení, či grafické karty. V případě výpadku elektrické energie by takto nefunkčnímu produktu musel být vyjmut čip obsahující BIOS, bylo by nutné nahrát nový BIOS pomocí externího zařízení a čip znovu vpájet zpět. Při takové operaci by již nemusela v případě poruchy grafické karty být uznána záruka. U APU je elektrické napětí závislé na celkovém napětí APU a frekvencích RAM, nikoliv pouze na integrovaném grafickém čipu v APU. Snižování napětí u APU je stejně jednoduché a bezpečné jako v případě undervoltingu procesoru. V případě výskytu nestability, či jakéhokoliv jiného problému souvisejícím s aplikací undervoltingu, stačí pouze resetovat CMOS nastavení BIOSu základní desky. Zajímavá řešení představily firmy AMD a Nvidia v základních deskách. V případě AMD/ATI Hybrid Crossfire se jedná o integrovanou grafickou kartu na základní desce v kombinaci s běžnou dedikovanou grafickou kartou. V okamžiku, kdy není využíván výkon dedikované grafické karty, běží pouze integrovaná grafická karta. 6 Velmi podobné řešení je Nvidia Hybrid SLI, kde se jedná opět o spojení integrované grafické karty a grafické karty dedikované. Obě řešení mají svá omezení. Řešení Hybrid SLI má navíc zajímavé šetření spotřeby, kdy se v případě POWER SAVE módu úplně vypne dedikovaná grafická karta (přestane se točit i větrák), její spotřeba klesne na 0,5W. 7 Obě řešení mají sice zajímavou myšlenku, ale již byla překonána například v případě AMD technologií ZeroCore Power, u Nvidie technologií s názvem Synergy. AMD představilo velice ambiciózní plán AMD ZeroCore Power Technology, což je funkce grafických karet, která umožní úplně vypnout grafickou kartu, kdykoliv se vypne nečinností i monitor. To umožňuje snížit spotřebu jinak i o několik stovek Wattů v případě těch nejvýkonnějších herních grafických karet v režimech crossfire, tedy i při módu, kdy grafické karty fungují ve 2, 3 i 4 kusech zapojených v jednom jediném počítači. 14 Nvidia Synergy funguje velmi podobně, jako technologie Hybrid Sli s tím rozdílem, že místo integrované grafické karty přebírá při nevyužití grafických zdrojů APU od Intelu. Funkce je implementována na základních deskách s chipsety společnosti Intel. Tato technologie je rovněž velmi podobná notebookovému řešení Nvidia Optimus, kdy si uživatel mohl vybrat, zda chce fungovat na integrované grafické kartě s nižším výkonem, nebo když zrovna potřebuje dedikovanou grafickou kartu s vyšším výkonem, ovšem s nižší úsporou baterie.35 Další zajímavou funkcionalitou grafických karet jsou funkce PowerTune od AMD a GPU Boost společnosti Nvidia. Tyto technologie si hlídají TDP grafické karty a vzhledem k vytížení grafické karty a jejich provozních teplotám grafickou kartu automaticky přetaktovávají, či podtaktovávají. 7 V okamžiku, kdy je grafická karta ve špatně větrané skříni, přehřívá se a běží na ní velice náročná grafická aplikace, se její výkon vzhledem k této ochraně proti

3.4

Možnosti snížení spotřeby grafických karet

14

přehřátí a poškození sníží. Pokud bychom grafickou kartu chladili například tekutým dusíkem, její výkon a napětí se díky aplikované technologii zvýší. Hodnoty elektrického napětí však nerostou lineárně. Praktické testy na serveru pctunning.cz ovšem ukazují, že zisk výkonu je minimální a že se jedná spíše o technologii šetřící energii a zvyšující životnost grafické karty. 7 Díky ovladačům lze uvedené technologie dále ladit podle potřeb uživatele, což je minimálně z marketingového hlediska zajímavá možnost, jak odměnit uživatele s kvalitně větranou skříní a dobře chlazenou grafickou kartou. 34

4

TECHNIKY SNÍŽENÍ SPOTŘEBY POČÍTAČE

4

15

Techniky snížení spotřeby počítače

V následujících částech práce budou popsány některé techniky a praktické postupy při snížení spotřeby počítače.

4.1

Nižší teploty, nižší spotřeba, delší životnost součástek

Snížení spotřeby počítače má dopady i na jeho teploty a životnost součástek. Nelze popřít fyzikální zákony polovodičové techniky. S vyšší teplotou roste vodivost polovodičových součástek a tím i jejich spotřeba. Nižší provozní teploty znamenají nižší spotřebu. To znamená, že snížit teplotu dokáže i kvalitně navržená a kvalitně větraná počítačová skříň.

4.2

Underclocking

Téměř každá součástka počítače funguje s nějakou frekvencí. Frekvence určují pracovní rychlost procesorů, grafických karet, operačních pamětí, čipsetů základních desek a dalších přídavných karet a periferií. Snížením frekvence snižujeme generované teplo, spotřebu, bohužel i výkon. Tato technika se používá dnes běžně v noteboocích, osobních počítačích a na některých serverech. Bohužel však tato technika není dostatečně agresivní co do šetření elektrické energie a v mnohých zařízení je nastavena úsporná politika tak, aby co nejméně omezovala uživatele. Underclocking si lze představit jako snížení frekvence tepů srdce člověka. Se snížením tepové frekvence lze počítat i s nižším výkonem. Počítače v současné době provádí underclocking sami. Ovšem šetřící politiky jsou nastaveny tak, aby se underclocking provedl například až při minutách nebo jednotkách vteřin nečinnosti a jen tehdy, pokud využití procesoru klesne pod určitou mez, aby snížená frekvence procesoru zvládla uvedenou pracovní zátěž. Frekvence však nikdy neklesne pod stanovenou hodnotu. Typický underclocking se tedy v praxi liší. Pokud budu požádán firmou XY o provedení underclockingu na firemních počítačích, moje práce nebude znamenat, že pouze trvale snížím frekvenci CPU, čímž bych jim vzal i výkon, ale že přenastavím chování a šetřící politiku CPU. Úkon bude proveden tak, aby při jakémkoliv poklesu využití CPU snížil během několika milisekund namísto sekund jeho frekvenci a současně aby snížená frekvence nebyla třeba jen standardních 800 MHz, ale aby počítač zacházel i do větších extrémů, kdy by frekvenci procesoru snížil na 500 MHz i méně. Samozřejmě během několika až desítek milisekund, kdy by uživatel například pohnul myší, by se frekvence zvýšila na potřebnou hodnotu. Takto agresivní přenastavení šetřících politik procesoru lze považovat za praktický underclocking, který skutečně šetří peníze oproti běžnému chování v technologiích Intel Enhanced Speedstep či AMD CoolQuiet.

4.3

Undervolting

16

Začněme s OS Linux. Pro lepší šetřící politiku lze doporučit CpufreqUtils, jejichž název balíčku se na každé Linuxové distribuci jmenuje jinak. Protože se již někdo musel zabývat otázkou spotřeby produkčních serverů, které běží 24 hodin denně, máme možnost na Linuxu používat velice kvalitní utility pro ovládání spotřeby procesoru. Stejnou otázku řešili uživatelé notebooků s Linuxem. Na Linuxu funguje underclocking uspokojivě. User-friendly řešení na GUI Gnome uvítají zejména méně zkušenější uživatelé, kteří mají problém se zvládáním terminálu. Pro další a propracovanější možnosti lze doporučit cpufrequtils, kde lze nastavovat i frekvence pro konkrétní jádra CPU, politiky šetření a získávat daleko podrobnější informace o stavu procesorových jader. Pro další propracovanější možnosti doporučuji aplikovat Linux-PHC do kernelu.

4.3

Undervolting

Tato technika snížení spotřeby počítače, zvaná undervolting, spočívá ve snížení elektrického napětí počítačové součástky. Výhodou je snížení spotřeby, snížení generovaného tepla samotnou součástkou a největší výhodou je potom zachování výkonu bez nutnosti snížení pracovních frekvencí součástky. Jediné riziko spočívá v potenciálním snížení stability. To však lze vyvrátit benchmarky a dalšími zátěžovými testy a testy stability. V praxi lze aplikovat undervolting na procesor, grafickou kartu, chipset základní desky. Praktický postup spočívá ve dvou možnostech. Buď má BIOS základní desky tyto možnosti integrovány v sobě, nebo to lze provést softwarově v OS. Jedná se často právě o základní desky pro overclockery, které umožňují nejen zvyšovat, ale i snižovat napětí jednotlivých komponent. Pokud danou funkcionalitu nezvládá BIOS základní desky, jako v případě počítačů ve studovně na Q, musí být proveden undervolting softwarově. V případě softwarového aplikování se jedná o méně rizikovou praktiku. Pokud základní deska zvládá hardwarově snížit elektrické napětí skrze BIOS již při zapnutí počítače, je častým jevem, že při vychladnutí počítače a při takzvaném studeném startu uvedená základní deska s takto změněnými parametry elektrickým napětím nenastartuje. Základní desky však mají možnost Clear CMOS, tedy vrátit nastavení BIOSu do původních továrních hodnot. Na základní desce je nutno v takovém případě spojit 2 piny, často se nacházející u baterie. U starších základních desek jsme našli 3 piny, kde přes pin 1 a 2 je nasazen jumper. V případě sundání jumperu a nasazení na piny 2 a 3 dojde k vyresetování CMOSu základní desky tím, že se na dobu spojení pinů 2 a 3 přeruší spoj mezi čipem CMOSu s nastavením a baterií, která udržuje napětí ve CMOSu. Na základních deskách jsou uvedené piny značené zkratkou CLR_TC nebo CLR_CMOS. Ačkoliv to je riskantní, z vlastní zkušenosti lze prozradit, že uvedenou praktiku resetování BIOSu lze provádět i za provozu. U starších základních desek však nesmíme zapomenout na navrácení jumperu zpět na piny 1 a 2 po úspěšném zkratování pinů 2 a 3, jinak po restartu nemusí základní deska naběhnout a uživatel získá dojem, že počítač je zničený. Je to však jen dojem,

4.3

Undervolting

17

protože po navrácení jumperu na piny 1 a 2 a zmáčknutí tlačítka reset, nebo vypnutí a zapnutí vede k úspěšnému bootu počítače s defaultními hodnotami čipu CMOS. V případě softwarového undervoltingu (v OS) máme téměř unikátní možnost, jak jít dokonce ještě dál za hranice snižování elektrického napětí komponent. Z vlastní zkušenosti na platformě AMD, konkrétně se čtyřjádrovými Phenomy první řady a chipsety AMD 790X se mi podařilo dosáhnout lepších výsledků při softwarovém undervoltingu, než při hardwarovém v BIOSu. Pojem hardwarový a softwarový může mást, pakliže ve skutečnosti hovoříme o softwarovém nastavení v BIOSu. Pojem hardwarového nastavení v BIOSu nazývejme tedy hardwarovým undervoltingem nastavení přímo v BIOSu, na rozdíl od představ fyzického pájení obvodů na základní desce, či zkratování některých pinů procesoru, tak jako tomu bylo v minulosti do roku 2003 na starších socketech 462, 370, socketech 5 a 7. Přenastavením požadovaných hodnot přímo v BIOSu získáme stejné výsledky při zapnutí počítače, jako při provedení hardwarového zásahu do základní desky či procesoru, ovšem tím neztratíme záruku. Když máme již zahřáté komponenty a snažíme se udržovat co možná nejstabilnější teploty komponent s co nejmenšími teplotními výkyvy, nacházíme se v okamžiku, kdy máme nejstabilnější podmínky pro undervolting celého stroje. Zatímco při zapínání počítače a bootu s již přednastaveným elektrickým napětím v BIOSu probíhá tepelné rozpínání součástek, u softwarového undervoltingu při ustálených teplotách nenarážíme na tento jev alespoň ne v tak velké míře, jako je tomu při studeném startu počítače, kdy mají komponenty pokojovou teplotu a po několika minutách se vyšplhají často na dvojnásobky, či trojnásobky pokojových teplot. Ze stejných důvodů, lze doporučit rovněž softwarový undervolting na noteboocích. Možnosti BIOSu v drtivé většině neumožňují notebookům elektrické napětí měnit. Vysvětlení je jednoduché. Menší pasivní chlazení, tenčí žebrování chladičů notebooků a jen jeden malý větrák, v lepším případě 2 menší větráky dělají smrtelnou kombinaci pro daný notebook. Takové chlazení je nadimenzováno jen na ideální podmínky bez přítomnosti prachu. Bohužel výrobci notebooků již obvykle nepočítají s tím, že uživatel nebude čistit chlazení notebooku každý měsíc a v praxi se můžeme setkat s přehřívajícími se a vypínajícími se notebooky, které důsledkem špatného chlazení nedokážou uživateli poskytnout dostatečný výkon anebo stabilitu. V případě aplikace undervoltingu lze problémy oddálit, nebo úplně vyřešit. Při aplikaci undervoltingu na mém notebooku Lenovo Thinkpad Edge 11“ s dvoujádrovým Athlonem II K325 a grafickou kartou ATI Radeon 4225, klesly teploty ze 72°C při běžné práci na 65°C. Elektrické napětí pravidelně snižuji ze standardních 0,965 Volt na 0,85 při maximální frekvenci 1300 MHz. V případech, kdy funguji na baterii notebooku se mi automaticky sníží frekvence CPU na 800 MHz, elektrické napětí na 0,85V (standardní), já v takovém případě aplikuji undervolting i nadále a to na 0,785V. Když jsou stabilní podmínky a minimální zátěž procesoru (například psaní poznámek na přednášce a otevřený internetový prohlížeč) je vhodné snížit elektrické napětí na 0,750V. Pokud se však CPU začne vytěžovat, uvedené napětí 0,750V přestává být stabilní a hrozí BSOD na MS Windows či Kernel panic na

4.3

Undervolting

18

Linuxu. Pokud se však uživatel naučí jak funguje undervolting, jakým způsobem může hazardovat s napětím procesoru nebo grafické karty, lze získat delší výdrž baterie notebooku a nižší provozní teploty. V mém případě získávám dalších 20 až 45 minut času notebooku fungujícího na baterii v závislosti na tom, jak moc je vytěžován procesor. 4.3.1

Undervolting na Windows

V případě postupu snížení napětí CPU na platformě AMD lze doporučit hned několik programů. Začněme programy na OS Windows. Velmi rozsáhlé možnosti nabízí AMD podporovaný freeware AMD Overdrive. Počítač však musí mít základní desku s čipovou sadou od AMD. Overdrive umožňuje velmi rozsáhlé možnosti nastavení od monitoringu teplot, napětí, frekvencí, až po přenastavování napětí, frekvencí, časování pamětí. Overdrive obsahuje dokonce benchmark a stability test na otestování stability přetaktovaného či podtaktovaného stroje. Pro jakékoliv účely taktování, škálování frekvencí, elektrického napětí, či časování pamětí je to naprosto jedinečná utilita, která obsahuje vše v jednom. Další užitečný, nikoliv tak vybavený, ale jednoduchý a stabilní program pro škálování napětím CPU je PhenomMsrTweaker. Funguje na drtivé většině současných procesorů od AMD. Princip spočívá v takzvaných P-stavech. Tyto P-stavy lze vysvětlit jako převodové stupně automobilu. Nejnižší stupně tu jsou definovány jako p3 či p4. Nejvyšší stupěň je naopak P0. V závislosti na tom, jakou šetřící politiku máme ve Windows nastavenou, tento program nastaví pro konkrétní P-stavy jak multiplikátor procesoru, tak napětí jak chipsetu, tak CPU. Díky tomu lze nastavit, za jakých podmínek bude elektrické napětí při nízké zátěži a kdy naopak se má procesor přetaktovat na maximální výkon. Jedná se o velmi užitečnou utilitu, kterou lze doporučit komukoliv, kdo má třeba počítač pro rodinu. Zatímco rodiče budou pravděpodobně jen číst emaily a spouštět internetový prohlížeč či kancelářské programy, procesor v takovém případě lze nastavit až na frekvenci pouhých 800 MHz v případě AMD CPU, FSB 200 MHz, multiplikátor 4x. Intel nabízí i nižší frekvence. V okamžiku, kdy například děti spustí nějakou graficky náročnou hru, nebo naopak chceme nastříhat video z dovolené, procesor aktivuje jiný P-stav, ve kterém pokud máme odemčený násobič procesoru směrem nahoru, se přetaktuje nad svoji normální frekvenci, napětí se zvýší na požadovanou úroveň a počítač automaticky dodává maximální stabilní výkon. Dalším velmi užitečným programem, který lze v případě AMD doporučit, je K10stat. Jedná se o velmi minimalistickou, ačkoliv velmi podrobnou utilitu na snižování napětí jak CPU, tak chipsetu, zobrazuje informace o frekvencích, teplotách, umožňuje řešit P-stavy, i doby za jak dlouho se má mezi jednotlivými P-stavy procesor přepínat. Program umožňuje i vypínání jader procesoru, ovšem jen s restartováním OS. Tento program funguje na většině procesorů od AMD a používám ho na notebooku, kde mi pomáhá získávat o 20 až 45 minut navíc při provozu na baterie

4.3

Undervolting

19

notebooku oproti stavu bez undervoltingu v závislosti na zátěži. Všechny uvedené programy mají tak intuitivní ovládání, že není ani třeba vysvětlovat jejich princip, či udávat konkrétní návod, jak dosáhnout snížení spotřeby. Dokonce lze zdůraznit, že pokud uživatel zvládá psaní emailů, ví co obsahuje počítač uvnitř a má odvahu zkoušet různá nastavení systému, zvládne tyto programy používat tak snadno, jako jakýkoliv jiný program. Z důvodu omezeného rozsahu práce však preventivně přikládám odkaz na konkrétní návody a tutorialy. Začněme s odkazem v příloze č. 1 na AMD Overdrive v praxi, pokračujme odkazy č. 4 a 5 s představením AMD Overdrive. V případě Intelu lze doporučit programy 2. Intel bohužel během své historie několikrát po sobě overclocking omezoval tím, že procesory a základní desky v případě jediného přetaktování procesor nebo základní deska rozpoznaly, že došlo k overclockingu a komponenty pak ztrácely záruku u výrobce, protože šlo poznat, že komponenta byla taktována. Intel rovněž většinu historie posledních 20 let s několika výjimkami potvrzujícími pravidlo vyráběl rychlejší procesory, takže to byli většinou právě majitelé procesorů značky AMD, kteří potřebovali srovnávat krok s majiteli procesorů společnosti Intel. A v posledních letech si můžeme všimnout, že AMD již výrazně ztrácí krok s Intelem na poli desktopových procesorů, od nástupu architektury Nehalem. 17 Od AMD je tedy velmi chytrým krokem, že začalo produkovat procesory s označením Black Edition, které měly otevřené násobiče směrem nahoru, pro snazší přetaktování. Intel přišel s označením K na konci modelového označení procesoru. AMD později přešlo rovněž na označení K na konci modelového označení procesoru na architektuře Llano.42 A protože AMD v historii posledních 20 let produkovalo spíše procesory vyhrávající v testech internetových magazínů, zabývajících se hardwarem spíše v poměru cena/výkon, spousta nadšenců mělo důvod koupit si levnější procesor a základní desku pro AMD, tu si přetaktovat a srovnat tak výkonnostní rozdíl mezi procesory od Intelu a procesory AMD. Pro větší uznání mezi kolegy o to „kdo přetaktuje procesor na vyšší frekvenci a udělá více bodů v 3Dmarku“ a ušetřené peníze se vedou flame wars na diskusních forech dodnes. To je taky důvod, proč právě tyto podmínky položily základy pro lepší předpoklady ke vzniku tolika utilit, zabývajících se overclockingem. Samozřejmě i výrobci základních desek pro overclockery se předhánějí v programování zajímavějších utilit a to nezávisle na platformě. Největšími hráči na dnešním trhu overclockerských desek jsou společnosti Asus, Gigabyte, MSI a ASROCK, ECS a EVGA. Stejní výrobci se podílí jako například společnost Gigabyte na spolupráci při výrobě, návrhu a testování základních desek s nejlepšími overclockery na světě.48 Za tímto IT sportem se tedy skrývá nejen sláva, ocenění a odolnější základní desky, ale primárně s tím souvisí i vyvíjený software, který umožňuje nejen overclocking, ale i underclocking a undervolting. Obecně však lze říci, že iniciativu za vývoj softwaru pro overclocking v oblasti převzali spíše výrobci základních desek, než Intel jako takový. A je to i vysvětlitelné. Kdo udělá základní desku, na které se budou lámat rekordy v přetaktování, ten bude mít pravděpodobně i lepší reklamu a tím i vyšší prodeje, protože jeho základní desky jsou stabilní při takto extrémních podmínkách

4.3

Undervolting

20

přetaktování. Proto se výrobci předhání v lepších komponentech, lepších materiálech a lepších možnostech přetaktování, stability a odolnosti základních desek, což je více než logické a není potřeba se kvůli tomuto obecnému faktu odkazovat na konkrétní zdroj. Protože však na PEF MENDELU prakticky téměř neexistují overclockerské základní desky renomovaných výrobců, opomeňme i jejich programy pro undervolting/overclocking a vrhněme se na undervoltingové utility pro Intel, kterými jsou Rightmark CPU Utility a ThrottleStop. Rightmark CPU Utility je sofistikovaná utilita, která nejen umožňuje monitoring teplot, zátěže, napětí, ale umožňuje v závislosti na administrátorských právech měnit multiplikátor, nastavit procentuelní hodnoty Throttlingu a měnit elektrické napětí CPU. Ovládání programu je rovněž velmi intuitivní a nevyžaduje náročné školení. Z důvodu omezeného rozsahu práce však lze pouze doporučit konkrétní návody, jak undervolting provést. 46 4.3.2

Undervolting na Linuxu

Na Linuxu funguje projekt Linux-PHC. Bohužel ke správné funkcionalitě je nutná rekompilace celého jádra Linuxu a po použití dosáhneme naprosto stejných výsledků, jako na OS Windows, při snižování spotřeby skrze elektrické napětí komponent. Opět kvůli rozsahu práce, rozdílnosti distribucí, minimální četnosti používání Linuxu na klientských stanicích pro studenty, je vhodné spíše nasměrovat na konkrétní články, které vysvětlí, jak Linux-PHC zaintegrovat do Linuxu. 26 Při úvahách, zda je výhodné se tímto problémem zabývat, když Linux používá skutečně jen zlomek studentů na PEF MENDELU, se dostáváme k závěru, že nemá, ačkoliv to realizovatelné je. Administrátoři zodpovědní za klonování pevných disků studentských pracovních stanic by mohli na čerstvě naklonovaném stroji provést kompilaci celého jádra, včetně zakomponování Linux-PHC do kernelu a provést nastavení elektrických napětí, které byly úspěšně otestovány na OS Windows. Po případných testech stability by už stačilo jen uvedený klon zavést do klonování při příštím překlonování všech pracovních studentských stanic. V podstatě by se operace svoji náročností nelišila od nějaké náročnější aktualizace. Jednalo by se však o velkou časovou zátěž pro administrátory, protože rekompilace jádra včetně LinuxPHC by trvala dle odhadu jednotky až desítky hodin. Velmi podobný postup by administrátoři použili při zavedení undervoltingu hromadně na všechny klientské stanice na OS Windows. Další odhad, který rovněž berme jako spekulaci, by bylo několik hodin práce s překlonováním celé studovny 81 počítačů s Linuxem obsahující Linux-PHC. Projekt PHC zabývající se undervoltingem na Linuxu slaví sice úspěch v otázkách šetření spotřeby a snižování elektrického napětí jednotlivých komponent počítače, na druhou stranu školní administrátoři nebudou investovat svůj čas na rekompilování Linuxového jádra na všech počítačích kde je to nutné, nebo nebudou vytvářet nové klonovací image pro účely zálohování pracovních stanic pro studenty.

4.4

Změna úsporné behaviorální politiky počítačového systému

4.3.3

21

Undervolting na Mac OS

Elektrické napětí lze samozřejmě snížit i na OS firmy Apple a na Linuxech. Nemusíme být experti na Mac OS, abychom věděli, že OS firmy Apple jsou postaveny na bázi Unixu. Bohužel jakýkoliv OS firmy Apple je výsledkem snahy maximální komercializace aplikací a ukázky, jak by vypadal svět bez drtivé většiny svobodných aplikací. Pokud nejsme ochotni utrácet ani dolar za aplikaci, která by nám snížila elektrické napětí CPU, lze použít v případě Intelu kernel extension xnuspeedstep. Pro instalaci se potřebujeme řídit kroky z http://code.google.com/p/xnuspeedstep/wiki/Installation, které je zbytečné zde podrobněji rozepisovat z důvodu omezeného rozsahu délky práce. Po instalaci v terminálu pak lze příkazem kern.cputhrottle_freqs zjistit, které frekvence jsou pro provoz procesoru dostupné a v případě nastavení konkrétní frekvence lze použít příkaz sysctl -w kern.cputhrottle_curfreq=YYYY kde YYYY už je konkrétní frekvence. Tím jsme zvládli Underclocking a snížení napětí pouze na standardní hodnoty, které má procesor při nastavení nižší frekvence, oproti těm maximálním. Undervolt pod uvedené hodnoty lze snížit velmi podobným způsobem. 5 Pakliže bychom se bavili o user-friendly řešení, vyžadovalo by to 10$ pro nákup aplikace CoolBook. Veškeré potřebné informace lze najít na http://www.coolbook.se/CoolBook.html Tímto se loučíme s Applem. Jediný předmět v bakalářském studiu ARI, kdy se používají OS firmy Apple je předmět C++ (označením předmětu cpp), kde je naopak výkon potřeba právě pro co nejrychlejší kompilování zdrojových kódů. Řešit undervolting pro 2 až 4 vyučovací hodiny týdně na 20 počítačích je zbytečné investování práce a pozornosti tam, kde nepadne na úrodnou půdu. Stejně tak je zbytečné doporučovat konkrétní postupy technikům, řešící správu IT v učebnách týkající se Applovských OS. Ze stejného důvodu jsou v této práci uvedeny jen některé postupy z čistě informativních důvodů, že stejného undervoltingu lze dosáhnout na OS firmy Apple, Microsoft, či Linuxu. Neustále děláme to stejné. Snižujeme elektrické napětí a je jedno, zda-li ji snížíme na OS firmy Apple, Microsoft nebo na Linuxu, protože snižování elektrického napětí provádíme na stále stejném hardwaru. Zaměřme se tedy raději na operační systémy, které jsou na PEF MENDELU nejhojněji používány, tedy v současnosti Windows 7 a v menšině Linux.

4.4

Změna úsporné behaviorální politiky počítačového systému

Důvod, proč výpočetní technika dostatečně nešetří elektřinu, není jen v samotném hardwaru. Problém se týká zejména softwaru, protože ten určuje četnost využívání hardwaru. Toho lze využít zejména u serverů, kdy stanovíme tzv. noční režim a denní režim. V nočním režimu serveru pevně nastavíme úsporná opatření a chování odpovídající šetření elektrickou energií, v denním režimu nám jde o maximální výkon poskytovaný klientům serveru. Na rozdíl u běžného počítače musíme rozlišit, co právě uživatel dělá a podle toho se rozhodnout, zda uživateli (a jeho běžícím

4.5

Správné nastavení výpočetní techniky

22

aplikacím) věnovat maximální výkon, nebo naopak běžet v úsporném režimu, při kterém se ztrácí výkon. Z hlediska chování aplikací, sahající na systémové prostředky a tedy i odebírající výkon počítači pro svoji funkčnost, je vhodné rozhodnout se nejen na stanovení denního a nočního režimu, ale taky které aplikace je vhodné spouštět při zapínání počítače, které naopak nespouštět a které spouštět například s výraznějším zpožděním, aby aplikace nebraly výpočetní výkon počítači, kdy ho nejvíce potřebuje a to je při startu operačního systému. Dalším behaviorálním problémem neoptimalizovaného operačního systému pro konkrétní použití jsou aplikace, které uživatel nemusí nikdy využít, ačkoliv se stejně automaticky při každém spuštění operačního systému spustí, berou výkon při spouštění OS a ještě berou výpočetní výkon a vyžadují se dalších systémových prostředků, ať už jsou to operační paměti, či přístup na disk. Typickým problémem jsou nevyužívaná zařízení, jejichž ovladače se stejně při spouštění operačního systému musí zavádět, pro funkčnost zařízení musí běžet systémový proces či uživatelská aplikace na pozadí pro zajišťování ovládání zařízení. Jedno zařízení, či jedna aplikace navíc nemusí znamenat výrazný propad výkonu způsobený dožadováním se aplikace o hardwarové prostředky počítače. V okamžiku, kdy se jedná o desítky, či stovky aplikací, už lze hovořit o problému a naprosto nevyhovující optimalizaci operačního systému a tedy i o neúsporném behaviorálním chování počítače. Tento problém lze popsat na běžci, který pouze běhá na místě, ale nikam se nepřesouvá, nebo na nastartovaném automobilu s běžícím motorem, který se sice nikam nepohybuje, má přesto spotřebu pohonných hmot. Čím více procesů spotřebovává volné prostředky počítače, tím méně prostředků má počítač k dispozici a tím více může chybět potřebný výpočetní výkon v případě spuštění náročnější aplikace.

4.5

Správné nastavení výpočetní techniky

V okamžiku, kdy má základní deska běžného počítače pozapínané funkce, které uživatel nepotřebuje, nebo je právě nevyužívá – plýtvá se elektrickou energií. Pouhým správným nastavením, povypínáním nepotřebných, nebo jen nepoužívaných funkcí, lze ušetřit elektrickou energii. 4.5.1

Vhodné nastavení BIOSu základních desek

Bohužel ne každý počítač má propracované možnosti BIOSu základní desky natolik, aby bylo možné generalizovat vhodné nastavení. Lze však uvést následující pravidlo. Vše co se nepoužívá, zakázat. Vše co lze odpojit, je vhodné odpojit. Vše co není nezbytně nutné, deaktivovat. S BIOSem taky souvisí i jeho verze a jeho aktualizace. Aktualizaci BIOSu autor doporučuje jen v případě nezbytné nutnosti. Stejně tak jako aktualizace BIOSu grafické karty, je velice riskantní i aktualizace BIOSu základní desky. Na základě předchozích zkušeností autora je vhodné v případě aktualizace BIOSu, tuto provádět pouze s připojeným záložním zdrojem. To snižuje

4.5

Správné nastavení výpočetní techniky

23

riziko znehodnocení BIOSu základní desky a přerušení procedury přepisu BIOSu na novější verzi. Dále autor nedoporučuje aktualizovat BIOS základní desky na verzi BIOSu, který není určen pro revizi uspořádání komponent základní desky. 4.5.2

Urychlení bootu počítače

Už jen tím, že počítač stráví určitou dobu svým startem se z něj stává neefektivní nástroj na práci. Uživatelé nechtějí zapnout počítač a čekat. Celý život na něco čekáme. Ať už je to ve frontě na oběd, nebo až se dostahuje aktualizace našeho operačního systému. Vždy a pořád na něco čekáme a kdykoliv čekáme, je to neefektivní, protože ve stejnou dobu bychom mohli vykazovat nějakou produktivnější činnost, než jen na něco neustále čekat. Tato bakalářská práce nedokáže vyřešit běžné problémy týkající se času stráveným čekáním ve frontě, doporučení pro urychlení startu počítače, aby uživatel mohl o to dříve pracovat, budou jistě přínosnější. Toho lze opět dosáhnout jen dokonalým nastavením BIOSu základní desky. Při Power On Self Testu (dále jen POST) počítač testuje spoustu funkcionalit, nejvíce času stráví nad špatně nastavenými možnostmi bootu, kdy musí hledat pevné disky, které připojeny ve skutečnosti ani nejsou. To vše bere čas, který musí dát základní deska zařízením na inicializaci a ohlášení se při bootování BIOSu, které však ve skutečnosti neexistují. To zdržuje celý proces bootování. Dalším zdrojem „zdržování“ startu systému jsou bootloadery. Téměř na všech počítačích PEF MENDELU, ke kterým mají přístup studenti, jsou nainstalovány minimálně 2 operační systémy. Bootloader čeká obvykle 10 až 30 vteřin, než se uživatel rozhodne, který operační systém zavést. Zkrácením těchto časů na polovinu nezískáme na první pohled nijak užitečný ušetřený čas navíc. Pakliže bychom počítali s úsporou pouhých 10 vteřin při každém startu počítače, dělá to při 1 startu každý den po dobu 5 dní už 50 vteřin času. Měsíčně uspořený čas už tvoří 200 vteřin, pokud vezmeme v potaz ideální hodnotu a to jedenkrát denně spuštěný počítač 5 dní v týdnu po celý rok včetně Vánoc, svátků a letních prázdnin, ušetřený čas se rovná hodnotě 2400 vteřin, tedy 40 minut provozu počítače navíc. Urychlením startu počítače šetříme čas, který počítač stráví nad zprovozněním sebe sama pro použitelný stav. Jinými slovy zkrátíme nepoužitelný čas počítače, kdy spotřebovává elektřinu a uživatel ho v uvedenou dobu stejně nemůže používat pro svoji práci. Ikdyby uvedená hodnota ročně tvořila jen polovinu uvedeného ideálního času, tedy 20 minut. Ve studovně na fakultě PEF studenti většinou využívají operační systém Windows 7. Vzhledem však k příchodu Windows 8, které nabíhají zlomek času oproti Windows 7, lze považovat za snadnější přechod na Windows 8 namísto optimalizace Windows 7. 12 Pokud by časová úspora při náběhu Windows 8 tvořila například 40 vteřin za jeden start oproti Windows 7, roční úspora za 250 počítačů používajících Windows 8 by tvořila úsporu již 80minut na počítač a tedy 93,3 korun roční úspory na 250 počítačích jen za přechod na Windows 8. Uvedené hodnoty vnímejme spíše

4.6

Poučení pro příští nákup výpočetní techniky

24

jako čistě teoretické a orientační. Výše uvedená úvaha tedy spíše pojednává o tom, do jakých extrémů chceme zacházet a zda budeme šetřit zlomky korun, nebo se budeme soustřeďovat čistě jen na ty faktory, kde fakultě lidově řečeno utíká nejvíce peněz. Předchozí úvaha tedy sloužila spíše k dodržení tématu práce, než k praktickému uplatnění v praxi. 4.5.3

Ergonomie a nastavení monitorů

V okamžiku, kdy je naší prioritou zdraví uživatele, priorita úspory elektřiny jde naprosto stranou. Subjektivní příjemnost správného nastavení pro uživatele nedokáže jasně specifikovat ergonomickou hodnotu jasu ani kontrastu. Prioritu tedy tvoří jen správné sezení u počítače a případné okolní osvětlení. Rozdíly ve spotřebě a nastavení monitorů jsou čistě závislé na konkrétním výrobci i modelu. Je tedy nutné otestovat nastavení několika náhodných monitorů a následně vybrat různé monitory z různých tříd ve škole a na nich provést testy spotřeby v maximálním režimu jasu a kontrastu, dále pak otestovat jas a kontrast s nejnižší možnou hodnotou a následně použít a změřit spotřebu u nastavení doporučovaného odborníky na ergonomii. S vyšším jasem roste i spotřeba monitoru. Každý uživatel je jinak citlivý na hodnoty jasu a kontrastu na monitoru. Do celkového výsledku pocitu se projevuje i okolní osvětlení prostředí. Dále bude nutné otestovat, zda má na spotřebu monitoru vliv frekvence zobrazování a rozlišení přijímané z grafické karty. 4.5.4

Šetřící politiky, nejnovější verze ovladačů

Šetřící politiky a nejnovějtší verze ovladačů lze doporučit zejména pro základní desky a grafické karty. U dnešních LCD, LED monitorů a LCD televizí nastává otázka, zda-li při častém vypínání a zapínání obrazovka netrpí častým náporem proudu při zapínání či vypínání v napájecím okruhu. Vzhledem k namáhavosti LCD monitorů v učebnách PEF MENDELU lze v podstatě pominout fakt, zda se vypíná LCD při nečinnosti každých 10 minut, či každé 3 minuty. 45 4.5.5

Vypínání namísto používání úsporných režimů

Proč volit úsporný režim, když lze techniku úplně vypnout? Všude kde lze místo režimu spánku aplikovat hibernaci s úplným vypnutím počítače, šetříme elektrickou energii. Další otázkou je, zda je na všech počítačích PEF MENDELU vypnut režim spánku, který ušetří na disku tolik prostoru, jakou mají velikost operační paměti.

4.6

Poučení pro příští nákup výpočetní techniky

Důležitá mnohdy není tak spotřeba samotná, jako efektivita zařízení. S touto souvislostí je vhodné připomenout efektivity počítačových zdrojů. Při nákupu energeticky efektivního počítačového zdroje lze ušetřit finance jeho provozem.

4.7

25

Dual Seat

4.6.1

Efektivity počítačových zdrojů

Efektivita počítačového zdroje umožňuje při stejné spotřebě ušetřit jednotky až desítky Wattů spotřeby. Mezinárodní standardy definovaly účinnosti certifikace počítačových zdrojů počínaje certifikací 80 plus, 80 plus bronze, 80 plus silver, 80 plus Gold, 80 plus platinum a nově i 80 plus Titanium. Hodnoty efektivit počítačových zdrojů pro běžné počítače popisuje tabulka 1.1 Tab. 1: Efektivity počítačových zdrojů

80 PLUS Certification % of Rated Load 80 PLUS 80 PLUS Bronze 80 PLUS Silver 80 PLUS Gold 80 PLUS Platinum

4.6.2

115V 20% 80% 82% 85% 87% 90%

Internal 50% 80% 85% 88% 90% 92%

Non-Redundant 100% 80% 82% 85% 87% 89%

Úsporné procesory

Úsporný procesor znamená značné úspory provozu výpočetní techniky. Úsporný procesor se však míjí účinkem, pokud je vložen do základní desky s velkou spotřebou elektrické energie. 30 Návratnost úsporného procesoru se odvíjí od četnosti jeho používání a od pořizovací ceny. Čím vyšší je pořizovací cena, tím nutnější je delší provozní čas procesoru pro návratnost původní investice. Pokud však procesor bude používán např. jen hodinu denně, návratnost nemusí být zajištěna. 4.6.3

Úsporné základní desky

Pod úspornou základní deskou si lze představit základní desku standardu mATX a mini-itx s integrovaným grafickým jádrem, nebo přítomností APU namísto běžného CPU. Spotřeba úsporné základní desky se pohybuje až o desítky procent níž oproti běžným základním deskám. 4.6.4

Méně modulů operačních pamětí

Méně neznamená nutně hůře. Namísto volby 2 modulů o velikosti 2 GB volbou jednoho jediného modulu o velikosti 4 GB lze ušetřit až několik Wattů spotřeby. Výše úspor se pravděpodobně bude lišit v závislosti na typu, teplotě, časování, velikostí pamětí a jejich provozního elektrického napětí.

4.7

Dual Seat

Výkony dnešní výpočetní techniky jsou již na takové úrovni, kdy jeden počítač dokáže plně vyhovět potřebám hned 2 a více uživatelů. Toho lze dosáhnout softwarově

4.8

Snížení spotřeby chováním uživatele

26

a připojením 2 klávesnic, 2 myší a 2 monitorů k jednomu fyzickému počítači. Teoretická úspora elektrické energie je tedy 50%, jeden počítač dokáže pokrýt běžnou kancelářskou práci hned dvou fyzicky přítomných uživatelů. Počet počítačů v místnosti by se tedy snížil na 50 %, spotřeba, generované teplo by se snížilo rovněž o podobně vysoké procento. Toto řešení nevyžaduje žádné další investice. Protože PEF MENDELU používá operační systémy firmy Microsoft, dále Linux a na některých stanicích se nachází operační systémy firmy Apple, tento problém se rozrůstá o zajištění potřebného softwaru. U Linuxového řešení finance problémem nejsou. V případě Microsoftu je nutné zakoupit Windows Multipoint Server. Rozšíření funguje jak s tenkými klienty, tak bez nich, pouze s připojením další klávesnice, myši a monitoru k pracovní stanici. 16 Z jednoho počítače se 4 jádrovým procesorem a 6 GB RAM lze takto vytvořit 7 až 10 pracovních stanic se spotřebou pouze jednoho výkonnějšího počítače. 37 Linuxové řešení má dokonce větší efektivitu, protože dokáže k jednomu počítači připojit ještě větší počet periferií a tím zvýšit počet Linuxových stanic se stejným hardwarem na násobek počtu Windowsovských stanic. 11

4.8

Snížení spotřeby chováním uživatele

Uživatel, který si otevře desítky oken v internetovém prohlížeči s videi na youtube a věnuje se pouze jednomu z nich asi bude vykazovat více náročné vytížení počítače, než uživatel, který má otevřený internetový prohlížeč s jedním oknem, jedním panelem čtoucí si například email, anebo uživatel pracující v terminálu. V tom lze vidět příležitost jak donutit uživatele používat jen to, co právě k práci potřebuje. Tato práce však nemá za účel řešit chování uživatelů z hlediska vytěžování systémových prostředků. Tuto problematiku přenechme raději katedře psychologie fakulty sociálních studií Masarykovy Univerzity.

4.9

Jaká výpočetní technika je vhodná k investicím

Logická odpověď je zcela na místě. Vhodná k investicím do úspornějšího hardwaru je pouze ta technika, která se nejvíce využívá a je nejdéle v provozu. Tedy servery pro nepřetržitý provoz, terminálové počítače a počítače pro studenty, běžící alespoň 8 hodin denně. Nemá smysl řešit jak investice do úspornějšího hardwaru, tak aplikaci šetřících technik na počítače, které jsou zapnuté například pouze 2 hodiny denně. Dále nemá smysl řešit investice úspornějšího hardwaru tam, kde je primární prioritou výkon a kde není očekávaná návratnost takové investice. V takových případech lze alespoň použít techniku undervoltingu procesoru, dále undervoltingu chipsetu a stejné praktiky použít u grafických karet, aby byl zachován výkon a mírně klesla spotřeba.

4.10

4.10

Kritické zhodnocení hledisek včetně ekonomického

27

Kritické zhodnocení hledisek včetně ekonomického

Většina uvedených možností, jak dosáhnout snížení spotřeby počítače stojí jen čas. Pokud nemusíme platit zaměstnancům navíc za jejich práci a mají uvedené možnosti uvést v praxi během jejich pracovní doby, investujeme jejich čas do budoucích ušetřených nákladů. Aplikace undervoltingu a underclockingu pomáhají šetřit spotřebu počítače. S tím prodlužují životnost součástek, které se tak méně zahřívají. Dále šetří náklady na klimatizace tím, že generují méně odpadního tepla. Pakliže funguje v počítačích regulace otáček větráků tak jak fungovat optimálně má, větráky nemusí fungovat na vyšších otáčkách, což dále šetří ložiska větráků a tím tedy i jejich životnost. Jako spekulaci vnímejme hypotézu, že s nižšími otáčkami větráků by se žebrování chladičů měly za stejnou dobu zanést méně ve srovnání s větráky fungujícími na vyšší otáčky a tedy i větším průtokem vzduchu. S nižšími otáčkami větráků klesá i jejich hluk. Dopad snížení náročnosti provozu OS na školních počítačích není jasně měřitelný, proto je nutné zahájit zkušební provoz na testovací technice. Až 50% úsporu nákladů by mohlo znamenat řešení Dual seat, kdy by práci 2 studentů dokázal obstarat jen 1 počítač. To by se však bohužel neobešlo bez dalších investic, které lze doporučit v závěru práce z hlediska budoucího nákupního chování PEF MENDELU. 50 % úsporu vnímejme z hlediska ušetřených finančních nákladů o 50 % za nákup počítačů v budoucnu a jejich provoz. Nákup efektivnějších zdrojů, úspornějších součástek rovněž souvisí s budoucím finančním chováním PEF MENDELU a přináší více či méně podobné výhody slučitelné s undervoltingem a underclockingem, které jsou na rozdíl od změny nákupního chování bez nutnosti finanční investice.

5

METODIKA APLIKACE NĚKTERÝCH TECHNIK ZA ÚČELEM SNÍŽENÍ SPOTŘEBY

5

28

Metodika aplikace některých technik za účelem snížení spotřeby

Teorie se ve své podstatě míjí účinkem v okamžiku, kdy není podrobena praktickému výzkumu, empirickému testu, nebo jakýmkoliv ověřením, zda daná teorie je skutečně aplikovatelná ve fyzikálních zákonech.

5.1

Důležitost volby správné hodnoticí metodiky

Kamkoliv se podíváme, můžeme vidět praktické příklady toho, kdy některé parametry a hodnoty produktů můžeme posunout od tabulkových hodnot. Lze to vysvětlit na následujícím příkladu. Pokud budu v autě se 100 kW výkonu používat 90 oktanový benzín, logicky nás napadne, že motor bude podávat nižší výkon, než s benzínem 97 oktanovým. Stejně tak dle tabulkových hodnot výrobce vozidla bude dle provedených testů stanovena spotřeba na 8 litrů na 100 kilometrů při konkrétních podmínkách, jaké měl výrobce v daný čas na daném místě testování k dispozici. To však vůbec neznamená, že v jiných podmínkách bude vozidlo při vyšší zátěži spotřebovávat menší množství benzínu, nebo stejné. Zrovna tak tento problém stanovení a odvozování souvisí s testováním spotřeby. Dle Adama Vágnera na webu Extrahardware.cz lze dojít k velmi rozdílným spotřebám na stejném hardwaru. Problémem není pouze rozdílnost kvality jednotlivých kusů stejného produktu, problémem je navíc doba zátěže, intenzita zátěže produktu a čím větší a delší zátěž hardwaru byla prováděna, tím nejen rostla teplota, ale s teplotou rostla i spotřeba hardwaru. Pokud bychom nechali spuštěný výkonnostní benchmark snažící se vytížit jádro procesoru na samotné jeho hranice, rozdíl v teplotách a ve spotřebě by byl zhruba logaritmicky úměrný času spuštění testu. Tedy s přibývající dobou spuštěného testu vytěžujícího hardware na maximální výkon, roste s teplotou hardwaru, okolního prostředí i jeho elektrická spotřeba, kterou lze do určitých časových hodnot vnímat jako stabilně rostoucí s dobou trvání zátěže až na určitou mezní hodnotu teploty, přes kterou se již teplota a spotřeba nadále nenavyšuje. Proto bude více než samotný výsledek testu, důležitější správná metodika.

5.2

Testy stability

Z testů prováděných serverem Extra Hardware jsme se dozvěděli, že s přibývající zátěží hardwaru roste jeho teplota, s přibývající teplotou hardwaru roste i jeho spotřeba. V našem případě bude důležité kromě výkonnostních testů provést i testy stability, kdy počítače projdou vytěžováním náročnou aplikací, určenou k testování stability procesoru po delší dobu než 12 hodin. Testy stability budou prováděny na 5 počítačích. Všechny testované počítače musí projít minimálně 12 hodinovým testováním. Za znak nestability počítače může být považováno samovolné vypnutí počítače, samovolný restart, Blue screen of death

5.3

Testované sestavy

29

(dále jen BSOD) či pády aplikací. Za stabilní lze považovat počítač, který projde alespoň 12 hodinovým defaultním stress testem v programu Prime 95. Prime 95 je používán pro testování stability počítačů na platformách Windows. Je primárně určen pro výpočet největších známých prvočísel. Prime 95 je založeno na principu Distributed Computing, kde je využíváno mnoha počítačů připojených přes internet na straně výpočetního výkonu a na opačné straně stojí servery rozdělující a zadávající práci. 29 Testy stability budou použity v případě ověřování stability při aplikaci underclockingu, undervoltingu, i obou metod dohromady. Počítače, které v jednom testu projdou s aplikovaným undervoltingem, budou v dalším testu procházet stejným testem s aplikovaným undervoltingem a underclockingem. Jeden z počítačů bude zvolen jako referenční, kde nedojde k aplikaci metod undervoltingu a underclockingu.

5.3

Testované sestavy

Testované sestavy jsou úsporné počítače ve studovně PEF MENDELU. Konkrétně se jedná o počítače Šmudla 01 až 05. Jejich zdroje externě uložené pod stolem, připomínající zdroje k notebookům, mají účinnost přes 80 %, vyhovují certifikaci 80plus. Maximální dodávaný výkon je 150W. Vzhledem k výběru těchto počítačů se jedná o velkou výzvu pro autora práce, protože se už v základu jedná o velmi úsporné počítače navržené na běžnou kancelářskou práci, jejichž spotřeba v idle stavu (tedy naběhnutý OS a 0-5% využití procesoru) se pohybuje mezi 33 a 36Watty. V load (naběhnutý OS, 100% využití obou jader procesoru) kolísá spotřeba mezi 69 – 72W, po zahřátí a delším vytížení procesoru se na vybraných stanicích spotřeba šplhá i k 76W. Uvedené naměřené hodnoty jsou na fotografiích Wattmetru v příloze, kdy na počítačích byl spuštěn stability test Orthos. Stroje mají úsporné dvoujádrové procesory Intel Core 2 duo E7500 na frekvenci 2,93 GHz vyrobené 45nm výrobním procesem. Konkrétně se jedná o jádro Wolfdale. Procesory osazené v Socketu 775 mají kromě standardních instrukčních sad typické pro současné běžné procesory taky podporu instrukční sady SSE 4.1 a Intel VT-X. EM64T je dnes v případě Intelu již samozřejmostí. Standardní nastavení procesoru, které bylo opsáno z programu CPU-Z na stroji Šmudla 3 je multiplikátor 11x, rychlost sběrnice 266 MHz a FSB 1064 MHz. Procesory nemají L3 paměť, L2 paměť má velikost 3MB a L1 po 32 KB na jádro (každé jádro má 32 KB instrukční a 32KB datovou cache). Procesor nepodporuje HyperThreading, zvládá tedy celkem 2 thready. Max TDP programem CPU-Z je udáván na 65W. Standardní elektrické napětí CPU je 1,288 Volt. U undervoltingu bude sníženo elektrické napětí na 1.1V (klesnout pod 1.1V neumožňuje základní deska s omezenými možnostmi škálování napětí). Ze stejného důvodu nebude možné zvýšit elektrické napětí ani směrem nahoru nad 1,288 Volt. S integrovanou grafickou kartou Intel v případě úsporných počítačů nelze provést razantnější změny, které by uživatele neomezovaly při práci. Jedná se

5.4

Metodika Testování

30

navíc o rizikovější záležitost, která by v případě neúspěchu mohla skončit nefunkčností hardwaru. Snížení frekvence integrované grafické karty společnosti Intel nemá moc smysl. Grafické karty společnosti Intel měly vždy ve srovnání s konkurencí od ATI (dnešní AMD) a Nvidie naprosto mizerné výsledky zejména ve 3D akceleraci. Už při nastavení úsporného režimu spotřeby integrované grafické karty na grafických kartách společnosti Intel dochází k vážným propadům v počtu FPS ve 3D aplikacích. 8 O grafickém výkonu tedy raději pomlčíme, protože by si uživatele již mohli všimnout značných omezení při dalším snižování výkonů grafické karty. Z vlastní zkušenosti lze jen dodat, že většina takto úsporných počítačů neumožňuje náročnější zásah do elektrického napětí základní desky, jako plnohodnotné počítače, poskládané z kvalitních dílů pro overclockery.

5.4

Metodika Testování

V prvním testu stability musí počítač při aplikovaném postupu tímto testem úspěšně projít. Pokud počítač neprojde testem stability, jakékoliv další testování výkonu by bylo již zbytečné, protože by mohly být výsledky zkresleny či ztraceny případnou nestabilitou celého počítače.

5.5

Benchmarky

Stabilita se bude testovat pomocí Prime95, který online vypočítává algoritmy odesílané z centrály Prime95. V druhém testu se bude testovat výkon počítačů hned několika programy. Konkrétně se bude jednat o testy v programech LinX 0.6.1, MaxxPI 32M, SUPER PI, W Prime 1.55, W Prime 2.0.9 a Fritz Chess Benchmark. Inspirací při volbě benchmarků byly servery Extrahardware.cz 22 a Pctuning.cz 33 , dále pak server Tomshardware.com. 2 Nastavení programů jsou v drtivé většině na defaultních hodnotách. Program LinX 0.6.1 má nastavení patrné z následujícího obrázku. Výsledek testu je čas, za jak dlouho byl zobrazen výsledek a počet Gflops. Program MaxxPi 32M, má nastavení priority procesu na High a 32M. Výsledkem je skóre v K/sec a čas potřebný ke kalkulaci. Nastavení je patrné z obrázku.

5.5

Benchmarky

Obr. 1: Výsledek Benchmarku LinX 0.6.1

Obr. 2: Ukázka programu MaxxPI 32M na referenčním stroji

31

5.6

Měření spotřeby

32

Program SuperPI 1.5, má nastavení 32M. Výsledkem bude čas, za který dokáže počítač spočítat Ludolfovo číslo na 32 milionů desetinných čísel. Program Wprime 1.55 má defaultní nastavení. Program Wprime 2.0.9 má nastavení 32M jako v případě SuperPI. Rovněž počítá PI na 32 milionů desetinných čísel. Program Prime95 bude testovat minimálně 24 hodin až 3 dny stabilitu systému. Opět se bude jednat o defaultní nastavení a cílem je dosáhnout výsledku Stabilní/Nestabilní. Počítače, na kterých budou prováděny výše uvedené testy, měly čerstvě překlonované pevné disky ze zálohy a vytvořené lokální administrátorské účty pro účely testování.

5.6

Měření spotřeby

Měření proběhne na 2 stejných digitálních Wattmetrech s měřící přesností na 2 desetinná místa značky Saphir Handelgesselschaft mbH Co. KG, modelech EKM 30. Jejich maximální spínací proud je 16 A, celkový maximální spínací výkon udávaný výrobcem je 3680W. Měřící přístroj do zásuvky měří elektrické napětí, proud, spotřebu, má další čítače počítající čas, cenu a další námi dále nezajímavé údaje pro účely měření. Citlivost je diskutabilní proto, aby nedošlo ke spekulacím, ji nazvěme spíše jako informativní. Vzhledem k tomu, že oba dva přístroje po předchozích osobních měřeních v domácích podmínkách autora měřily spotřebu s rozdílem 1 až 2 Watty, lze spekulativně stanovit odchylku na uvedené 2 Watty. Měřit se bude i spotřeba monitoru v nejrůznějších nastaveních, dále samotný počítač s nastaveními uvedenými v předchozích částech práce. Měření spotřeby monitoru bude probíhat v závislosti na kontrastu, jasu, obnovovací frekvenci a rozlišení. Vzhledem k omezeným podmínkám nelze otestovat odlišnou spotřebu v závislosti na tom, zda máme monitor připojen přes DVI či D-Sub konektor. 5.6.1

Měření spotřeby počítačů

Spotřeba počítačů bude měřena ve stavech, popsaných níže. Jde o stavy, kdy je počítač vypnutý, ale zapojený do zásuvky pod napětím, dále monitor zapojený do zásuvky pod napětím, počítač zapojený do zásuvky a vypnutý s vytaženými veškerými kabely kromě hlavního napájecího kabelu. Spotřeby budou dále měřeny ve Windows v idle, v Linuxu v idle. Oba systémy po náběhu a vyčkání 5 minut. 5.6.2

Měření spotřeby v zátěži

Měření spotřeby proběhnou rovněž při loadu v jakémkoliv programu, který vyžene vytížení všech výpočetních jader CPU na 100 % s maximálním výkonem. (defaultní stav, bez aplikace underclockingu či undervoltingu a dalších šetřících metod). Měření dále proběhne při loadu v jakémkoliv programu, který vyžene všechna jádra na 100 % s aplikovanou šetřící metodou (underclocking/undervolting).

5.7

5.7

Generování zátěže

33

Generování zátěže

Pro otestování byly zvoleny 2 programy, z nichž byl později vyřazen program Orthos, který měl vážné problémy s kompatibilitou na Windows 7. Potíže s kompatibilitou na Windows 7 by dále mohly velmi zkreslit výsledky pokusů v testech stability. Mnohem lepší alternativou pro generování zátěže pro účely otestování stability byl zvolen program Prime95. Za vznikem Prime95 stojí organizace GIMS (Great Internet Mersenne Prime Search). Program je určen primárně pro výpočet největších známých prvočísel. Prime95 stejně tak jako projekt SETI@Home je založen na principu Distributed Computing. Distributed Computing využívá výkonu mnoha počítačů připojených k internetu. 30 Prime95 umožňuje reportovat výsledky i na webu a případné problémy s nestabilitou by bylo možné ihned detekovat přes internet. Generování zátěže proběhne ve 2 testech. Při prvním testu bude na 4 počítače nainstalován Prime 95. Na každém počítači bude provedena aplikace jiné šetřící metodiky a 1 počítač z nich bude zvolen vždy jako kontrolní bez aplikace šetřících metodik. V prvním testu se bude testovat stabilita 24 hodin. Následovat bude víkendový test, kde se nastavení na jednotlivých počítačích prostřídá. Tam, kde bude aplikován undervolting, bude v dalším testu aplikován i underclocking a naopak. Během tohoto 72 hodinového testu se bude testovat stabilita a po takto intenzivním provozu bude měřena i odpovídající ustálená teplota.

5.8

Měření teplot

Při rozhodování, jak měřit teploty, je možné vzít v úvahu citlivost, umístění a odchylku měření teploměru. Při použití jakéhokoliv externího teploměru by docházelo ke dvěma následujícím problémům. Výsledky by mohly být napadnutelné z hlediska nevhodného umístění čidla teploměru, anebo zkreslením měření teploměru, protože by pravděpodobně muselo probíhat měření alespoň s mírně pootevřenou skříní počítače, což by mělo za následek ovlivnění výsledků. Z těchto důvodů odpadají problémy týkající se shánění kalibrovatelného, profesionálního teploměru. Využita budou tepelná čidla umístěná přímo v procesoru, což lze pokládat za nejvěrohodnější výsledky, které nejsou zkreslené externím zasahováním do počítačové skříně. Dále tím odpadá diskuse z hlediska odchylek tepelných čidel. Je zbytečné měřit teploty externě, když počítač má vcelku spolehlivé a kvalitní měření teploty zabudované přímo v jeho čipech. Uvažovat i přesto však lze alespoň o teplotě skříně a teplotě vzduchu vně skříně. Je zbytečné měřit teploty chladičů, protože většina dnešních moderních čipů krytých chladičem, mají vlastní čidlo ukazatele teplot, nehledě na to, že teploty chladičů mohou dále ovlivňovat další faktory od stavu teplovodivé pasty, až po umístění počítače ve studovně. Testy však mohou být závislé i na okolních teplotách v místnosti, kde se počítače nachází. Na druhou stranu nás nemusí zajímat okolní teploty prostředí, ve kterém jsou počítače provozovány, protože se všechny testované počítače nachází ve stejné místnosti, mají tedy stejné

5.9

Metodika snižování spotřeby

34

provozní podmínky. Není tedy v možnostech autora stanovovat teplotní odchylku prostředí jednotlivých testovaných počítačů, nacházejících se ve stejné místnosti.

5.9

Metodika snižování spotřeby

Snížení spotřeby proběhne na počítačích ve studovně pomocí programu Rightmark CPU Clock utility. Umožňuje širokou škálu nastavení a současně měření teplot. Při undervoltingu bude pevně nastavené napětí z 1,288V na 1,1V a při underclockingu bude natavena frekvence na 1,6 GHz z 2,93 GHz. Ve třetím nastavení proběhne undervolting na 1,1V a frekvence bude dynamicky škálovatelná od 500 MHz až po 2,93 GHz s throttlingem 50 a 100 %. Co je to throttling zodpoví odkaz v příloze č. 2.

6

VÝSLEDKY MĚŘENÍ SPOTŘEBY

6 6.1

35

Výsledky měření spotřeby Počítače ve studovně

Vypnutý počítač Šmudla 05 měl spotřebu 7 – 9 Wattů. Vypnutý LCD monitor HP Compaq LA2205WG stejného počítače měl spotřebu 7 Wattů. Po zapnutí počítače kolísala jeho spotřeba mezi 33 až 36 Watty. Po několika minutách v idle stavu v naběhnutém OS se spotřeba PC ustálila na 34Wattech. Monitor ve 100% podsvícení měl spotřebu 32 – 34 Wattů. Monitor v 50% světlosti měl spotřebu 25-27 Wattů. Monitor ve 35% světlosti měl spotřebu 23 Wattů. Počítač v load měl spotřebu 71 Wattů. Hardwarová konfigurace počítačů byla již uvedena.

6.2

Počítače v učebně Q04

Počítače v učebně Q04 blíže děkanátu jsou sice rozměry malé počítače a na první pohled budí dojem úspornosti, nenechme se však zmást dojmem. Počítače mají již zdroj uložený ve skříni. Tomu také odpovídala spotřeba vypnutého počítače, pohybující se mezi 11 a 13W, viz příloha. LCD monitor počítače měl stejnou spotřebu, jako v případě LCD monitoru ve studovně. Z důvodů omezeného rozsahu práce vynechme hardwarovou konfiguraci počítačů.

6.3

Macy v učebně Q04

Vypnutý Mac řešením All in one, tedy počítač, který je zabudovaný přímo v monitoru, měl spotřebu 11 W ve vypnutém stavu a 133 Wattů v idle a 150 W v load. Z důvodů omezeného rozsahu práce vynechme hardwarovou konfiguraci počítačů v učebně Q04.

6.4

Učebna Q05

V učebně se nachází počítače s výbavou pro náročné grafické operace, protože obsahují profesionální grafické karty Ati Fire Pro V3700 a čtyřjádrové procesory Intel Core 2 quad. Spotřeba vypnutého počítače se pohybovala mezi 21 – 23 W. Zdroje mají certifikaci 80plus. V idle měl počítač spotřebu 97 W. V load měl počítač spotřebu 126 W. Velkým překvapením jsou monitory HP LP2475W se spotřebou 100 W. Vysvětlení je však více než logické. Pro práci s grafikou a rýsovacími programy je zapotřebí kvalitnějších monitorů vyžadujících mnohem lepší a dražší technologii displejů, než pouze TFT. Účely bohatě pokrývající náročné potřeby plní technologie S-IPS, kterou používají monitory v této učebně. S-IPS monitory se vyznačují právě vyšší spotřebou oproti TFT technologii. Položme si otázku, zda má pro studenty ve výuce vůbec význam používání S-IPS monitorů, jejichž spotřeba při pouhých 20 monitorech pro studenty čítá 2 kWh, oproti 81 TFT monitorům ve studovně na Q, kde při spotřebě 32 W na monitor má všech 81 monitorů dohromady spotřebu

6.5

Učebny Q06, Q07

36

2,592 kWh při maximálním kontrastu a jasu. Při používání TFT monitorů namísto S-IPS monitorů v této učebně by se ušetřilo každou hodinu 1952 Wh. Kdyby učebna byla využívána průměrně každý den 6 hodin denně, pak za den se jedná o 32,7 ušetřených korun, za rok 11 969 korun a za 10 let při stejných cenách za kWh (které ovšem neustále dlouhodobě rostou) by úspora znamenala 119 696 korun.

6.5

Učebny Q06, Q07

Jedná se o stejné počítače, jako v případě Q05, ovšem s monitory se spotřebou 32 W, jako v případě učeben Q04 a studovny Q. V idle a load mají počítače stejnou spotřebu jako v případě učebny Q05.

6.6

Učebny Q08, Q09

Nové počítače mají spotřebu menší než v případě učeben Q05 až Q07. Ta se pohybovala okolo 90 Wattů. Počítače obsahují procesory Intel s architekturou Nehalem. Dotykové LCD monitory mají stejnou spotřebu jako v případě monitorů v učebnách Q06 – Q07.

6.7

Shrnutí

S-IPS LCD monitory v učebně Q05 jsou velkým překvapením a doporučuje se nahradit je za úspornější monitory, nebo je přesunout do učeben, kde se budou využívat čistě jen pro účely počítačové grafiky a technického rýsování, jinak je jejich používání pro běžnou výuku zcela nesmyslné a velmi neekonomické. Na všech počítačích v učebnách Q04 až Q08 lze bez problémů provést undervolting a lze doporučit i realizaci automatického vypínání počítačů od elektrické sítě, jako v případě studovny na Q. Návratnost bude ale delší v porovnání se studovnou Q.

7

VÝSLEDKY TESTŮ

7 7.1

37

Výsledky testů Testy stability

Všechny testované počítače prošly testy stability jak po aplikaci undervoltingu, tak po aplikaci underclockingu a naopak. Zajímavým výstupem jsou teploty. Teploty okolního prostředí před startem testů dne 9.6 2012 v 11:33 byly 26,6 °C, což jsou teplotní údaje z tepelného čidla ve studovně, jehož údaje lze zjistit na vrátnici budovy Q. Těsně před skončením stability testů byly opsány teploty z tepelných čidel procesorů v programu Rightmark Cpu clock utility. K vysvětlení pomůže následující graf patrný na obrázku č. 3.

Obr. 3: 24 hodinový test stability (Prime 95 online)

7.2

Underclocking CPU

Underclocking lze doporučit zatím jen pouze k testování. Underclocking je ideální v případě běžného surfování po internetu pro studenty a nenáročnou práci. Při větší zátěži už je znatelný úbytek výkonu.

7.3

Undervolting CPU

Undervolting byl úspěšně proveden na všech testovaných počítačích bez náznaku nestability či významné ztráty výkonu. Stejně úspěšná byla kombinace undervoltingu

7.4

Testy spotřeby

38

a underclockingu. Počítače prošly úspěšnými testy 24 hodin a dále 60hodinovým testem o víkendu. Lze ho doporučit na všech počítačích na PEF MENDELU. Obzvláště na počítačích s 2 a více jádrovými procesory.

7.4

Testy spotřeby

Referenční stroj se oproti ostatním zásadně nelišil v idle stavu při naběhnutém operačním systému. Rozdíl byl znatelný v zátěži, jak je patrno na obrázku č. 4.

Obr. 4: spotřeby počítače ve Wattech po 24 hodinovém testu

7.5

Výkonnostní benchmarky

Po aplikaci undervoltingu byla degradace výkonu na úrovni statistické odchylky. Tu si lze vyložit jako rozdíl ve výkonu o 1 spuštěnou aplikaci navíc, kterou byl právě program Rightmark CPU clock utility. Po aplikaci underclockingu se již jednalo o znatelný pokles výkonu. Pokles výkonu je znatelný i v aplikaci Fritz Chess Benchmark při aplikaci underclockingu na obrázku č. 7. Znatelný rozdíl mezi underclockingem a undervoltingem byl také v programu LinXx, jehož časy můžeme vidět na následujícím grafu. Výsledek benchmarkem MaxxPI 32M při nastavené vysoké prioritě procesu ukazuje velmi podobné výsledky z hlediska výkonnosti procesoru v případě underclockingu. Vysvětlení jednotky K/sec z hlediska výkonnosti ponechme na stránkách autora, konkrétně na: http://www.maxxpi.net/pages/description/singlepi.php . V souboji výkonu na jedno jádro jsou výsledky undervoltingu z hlediska výkonu velmi podobné předchozím měřením, stejně tak jako výsledek underclockingu.

7.6

Underclocking CPU

39

Obr. 5: Test výkonu na jedno jádro v SuperPI 1.5.0

7.6

Underclocking CPU

Po nasazení underclockingu a undervoltingu na 1.1 V na první pohled při používání internetového prohlížeče a prohlížení videí na Youtube nebyly pozorovány výkonnostní propady, nebo nedostatečný výkon procesoru. V testech však byl zaznamenán pozorovatelný výkonnostní propad oproti počítačům, kde byl aplikován pouze undervolting či referenčnímu počítači. Frekvenci bylo možné změnit jen softwarově v OS.

7.7

Underclocking GPU/APU

Bohužel základní desky počítačů ve studovně neumožňují ani softwarově ani hardwarově snížit elektrické napětí či frekvenci jiných komponent, než CPU.

7.8

Undervolting GPU/APU

Stejně tak jako nebylo možné dosáhnout underclockingu ostatních komponent, nešlo dosáhnout ani undervoltingu přirozenou cestou. Trvale aplikovatelné změny grafických karet lze však označit za nebezpečné, protože v případě neúspěšného přeflashování BIOSu grafické karty by došlo ke znehodnocení grafické karty. I to by šlo vyřešit, pokud by se nejednalo o integrovanou grafickou kartu, kde jsou další podobné možnosti velmi omezené zejména pokud se bude diskuse týkat integrovaných grafických karet společnosti Intel.

7.9

Snižování spotřeby monitoru

40

Obr. 6: Vícejádrový 64bitový test

7.9 7.10

Snižování spotřeby monitoru Změnou nastavení

Změna kontrastu neměla na spotřebu monitoru žádný vliv. Změna světelnosti displeje však již měla naprosto zásadní vliv na spotřebu monitoru. Při 100% podsvícení displeje měl LCD monitor spotřebu 32 až 35 Wattů. Při 0% podsvícení displeje měl monitor 23 až 25 Wattů. Autorem definovatelná příjemná hodnota při 35% podsvícení displeje měla spotřebu 25 až 27 Wattů Při 50% podsvícení se jednalo o spotřeby 27 až 29 Wattů.

7.11

Vliv okolní teploty na spotřebu monitoru

Tento fakt se v podmínkách PEF MENDELU nepodařilo hlouběji prozkoumat i z důvodů omezeného rozsahu práce. Tento problém tedy ponechme fakultě Elektrotechnické Vysokého Učení Technického v Brně.

7.12

Vliv nastavení výstupu z grafické karty na spotřebu monitoru

Na základě měření nebyl zjištěn vliv obnovovací frekvence monitoru, barevných tónů, šířce, délce, či rozlišení obrazu na spotřebu monitoru. Stejně tak na spotřebu monitoru neměla vliv četnost výskytu bílé a černé barvy, ani četnost změn v obraze. Bohužel nebylo možné prověřit možnost zapojení jiného vstupu do monitoru z grafické karty.

7.13

Vliv Operačního Systému při defaultním nastavení na výslednou spotřebu počítače

41

Obr. 7: 64bitový vícejádrový test pomocí Fritz Chess Benchmarku

7.13

Vliv Operačního Systému při defaultním nastavení na výslednou spotřebu počítače

Nastavené parametry underclockingu a undervoltingu neměly žádné odchylky v měření spotřeby počítačů či rozdíly v měření v závislosti na operačním systému. Otázkou zůstává, pokud by byl stejný pokus opakován na běžných desktopech s kvalitnější základní deskou s většími možnostmi změny parametrů elektrického napětí, teoreticky by se mohly výsledky extrémního undervoltingu lišit v závislosti na operačním systému v souvislosti se stabilitou a návrhem operačního systému. Pokud budeme hovořit o operačním systému, který bude optimalizován pro nejhladší chod, kde nepotřebné systémové služby nebudou při startu systému vůbec startovat, nebudou provozovány systémové služby, které se běžně nevyužívají, lze s jistotou hovořit o úsporách v provozu, protože služby, které nejsou spuštěné, logicky nemohou generovat zátěž procesoru a když procesor není zatěžován, neroste spotřeba počítače. V praxi však nelze určit konkrétní číslo ve Wattech, o kolik Wattů by chod počítače s optimalizovaným OS byl úspornější, než chod počítače s defaultním nastavením systému. Takový dotaz by si vyžádal empirické měření a sledování rozdílů ve spotřebě počítačů několik měsíců v praktickém provozu.

7.13

Vliv Operačního Systému při defaultním nastavení na výslednou spotřebu počítače

Obr. 8: Test pomocí MaxxPI s vysokou prioritou procesu

42

8

APLIKACE NĚKTERÝCH TECHNIK ZA ÚČELEM SNÍŽENÍ SPOTŘEBY A ZÁVĚR

8

43

Aplikace některých technik za účelem snížení spotřeby a závěr

Školním administrátorům a vedení PEF MENDELU jsou doporučeny následující opatření.

8.1

Aplikace undervoltingu

Aplikovat utilitu Rightmark CPU clock na všechny počítače ve všech učebnách. Ovšem před samotnou fází zavedení je nutno nastavit tuto utilitu pro 10 testovaných náhodných počítačů v hlavní studovně. Šetřící politika bude založena na co nejméně drastických úbytcích výkonu. Tedy v případě počítačů ve studovně PEF MENDELU budou mít počítače pouze snížené elektrické napětí při provozu na nejvyšší frekvenci CPU a při menším, než 50% vytížení CPU bude po automatickém aktivačním čase 200 milisekund snížena frekvence na polovinu výkonu CPU a v případě nečinnosti, tedy při méně než 12,5% využití procesoru se CPU nastaví ¼ jeho frekvence. V okamžiku, kdy využití procesoru vzroste nad tuto mez, se automaticky opět zvýší frekvence již během 200 milisekund tak, aby si toho uživatel ani nevšiml. I při maximálním vytížení každý počítač ušetří 10 – 11 Wattů oproti předchozímu běžnému továrnímu nastavení.

8.2

Minimální investice

Pro minimální investice, které dokážou šetřit elektřinu takovým způsobem, že plánovaná návratnost je otázkou časového rozmezí kratšího než 1 až 2 roky, byla doporučena 2 řešení. Každé má své výhody i nevýhody. Prvním řešením je nákup časových spínacích zásuvek, které přes noc počítač naprosto odstřihnou od přívodu elektřiny tak, jako kdyby byl vytažen napájecí kabel ze zařízení. Ráno po uplynutí konkrétního času opět zásuvky sepnou a propouští počítači elektřinu. Toto řešení je ve studovně a dalších učebnách shledáno jako nerealizovatelné, ačkoliv je vhodné pro použití alespoň na počítačích v kancelářích pro zaměstnance PEF MENDELU. Každý vypnutý počítač ve studovně budovy Q má spotřebu 7 Wattů, stejnou spotřebu mají i vypnuté LCD monitory i tehdy, kdy na monitoru nesvítí žádná dioda. Monitor vypadá na první pohled vypnutě. Nevýhoda tohoto řešení je údržba a větší časová náročnost při případné nutnosti přenastavování zásuvek. Problém je bezpečnost a případné změny nastavení. Alternativním řešením šetřící elektřinu přes noc by bylo centralizované, počítačem ovládané řešení, které by dokázalo v takovém případě vypnout a nahodit všechny počítače zároveň. Právě na realizaci tohoto řešení se nyní pracuje. Jeho hodnota se pohybuje okolo 15 tisíc korun i s prací technika. K vybudování je potřeba druhé elektrické skříňky, která bude řešit automatizaci vypínání. Stále je tu problém s přetěžováním jističů. Ve studovně se nachází 11 jističů. V současnosti je na jednu prodlužovací zásuvku připojeno 8 počítačů s výjimkou 2 řad počítačů. Mezi každá

8.3

Podsvětlení LCD monitorů

44

4 PC budou vložena časová relé, která zamezí, aby došlo k opětovnému vypadnutí jističe po jeho nahození. Stejný postup se doporučuje nejen v případě studovny, kde je každý den upotřebeno při současných spotřebách mezi půlnocí a 7 hodinami ráno (při spotřebě 14 W na PC s LCD) 7,938 kWh, ale i v dalších učebnách od Q05 až Q09, které jsou denně využívány. V jejich případech na základě naměřených hodnot (při spotřebě 27 W vypnutého PC s LCD ) pouze 3,969 kWh za 7 hodinovou noc, kdy by byly počítače odstřiženy od elektřiny. Uvedené hodnoty vychází z reálných naměřených hodnot. Jedna z učeben Q05 až Q09 (dále jen menší učebny) by ročně takto ušetřila 1448,685 kWh, což při cenách 2,80 Kč za kWh činí 4056,318 Kč. Protože už je řešení ve studovně v přípravách, je v podstatě zbytečné probírat konkrétní komponenty řešící spínací hodiny, spínací časová relé a elektroskříň na zeď, nehledě na omezený rozsah práce. Ročně tedy za všechny menší učebny lze dohromady ušetřit až 19845 Kč. Celková úspora jak za menší učebny, tak za studovnu činí 27 957,636 Kč. Jedná se o úspory, které se nedotknou pohodlnosti používání počítačů, či jejich výkonů i přes delší návratnost. Současně se jedná o úspory, které tu budou bez ohledu na to, zda počítače budou využívané, či nikoliv. Mějme dále následující spekulaci. Pokud by realizace jedné automatizační skříně vyšla na 15 tisíc korun i s montáží, vyžadovalo by stejné řešení pro namontování do učeben zhruba 90 tisíc korun. Při uvedených úsporách hovoříme o návratnosti mezi 3 až 4 roky. I kdyby byla zakázka předražená a stála by dvojnásobek, tedy 180 tisíc korun, i přesto by byla návratnost stále okolo 6 a půl roku, při současných cenách elektřiny za kWh. Protože z historie známe jen málo případů, kdy elektřina meziročně zlevnila, lze předpokládat, že i za uvedených 3 nebo 6 let budou úspory pravděpodobně vyšší vzhledem k dlouhodobě rostoucím cenám energií. Na tento fakt se tedy nebudu odvolávat.

8.3

Podsvětlení LCD monitorů

Pokud bude na testovacím režimu 35% podsvětlení LCD v učebnách, stačí pozorovat, za jak dlouhou dobu bude většina přednastavených LCD mít znovu uživateli přenastavenou hodnotu jinou než 35%. V nastavení pouze 35 % světlosti a 100 % kontrastu, dokáže monitor spotřebovávat o 7 Wattů méně, než při 100% nastavení kontrastu a 100% nastavení jasu. (měřeno ve studovně) Bohužel záruční pečeti, návrh monitoru a nutnost vyšších investicí zamezuje jakékoliv hardwarové úpravy na monitorech tak, aby návratnost byla vůbec reálná. Tímto přenastavením a občasnou kontrolou lze ušetřit 7 Wattů na spotřebě monitoru.

8.4

Servery

Drtivá většina školních serverů již teď šetří tím, že běží virtualizovaně. U serverů, které běží pro studenty, jako je například školní server ve studovně pro mapové servery a sambu, byl doporučen automatizovaný bash script, který využívá nainsta-

8.5

Multiseat řešení

45

lovaného balíčku cpufreq-utils. Tyto utility dokážou jedním příkazem snížit frekvenci procesoru a tím i spotřebu serveru. V nočním režimu by server běžel na minimální frekvence, které by byly nastaveny na pevno, bez možnosti navýšení frekvence v případě potřeby nějaké aplikace. U tohoto typu serveru není prioritou vysoký výkon v nočních hodinách, ani pokud na serveru běží nějaká výpočetní činnost, která s nižší frekvencí procesoru dokončí své operace nepatrně později, než obvykle. To lze v případě úsporných opatření považovat za akceptovatelnou oběť. Mapový server při aplikaci underclockingu z 2,8 GHz na 1,6 GHz a 100% zátěži měl spotřebu namísto 210 W jen 168 W. V idle měl server spotřebu 148 W. Undervolting by vyžadoval rekompilaci Linuxového jádra, což bylo z hlediska používání serveru považováno za příliš riskantní a zdlouhavé

8.5

Multiseat řešení

Na zvážení lze rovněž vzít v potaz Windows Multipoint Server a Multiseat Linux instalovatelný balíček do hlavních distribucí Linuxu. Dnešní osobní počítače jsou dostatečně výkonné, aby při svém výkonu dokázaly minimálně uspokojit práci 2 a více uživatelů. Pef MENDELU má díky přístupu k MSDN AA plně k dispozici licence Windows Multipoint Serveru pro případnou aplikaci do praxe. V praxi by to znamenalo úsporu 50 % elektřiny za počítače tím, že by se ke každému počítači připojily 2 klávesnice, 2 myši a 2 monitory. Zbylé počítače by se mohly použít pro zaplnění v jiných učebnách, nebo použít jako rychlou rezervu v případě nefunkčnosti jednoho ze sloužících počítačů. Tímto řešením by se opět i drasticky snížilo generované teplo a klimatizace by nemusely poskytovat tak vysoký chladící výkon, jako poskytují již dnes. Uvedené řešení lze doporučit například v případě síťové laboratoře Q 1.48 rovněž z hlediska úspory místa a také jako řešení pro případné budoucí navýšení kapacity učebny. V létě by stejné řešení mohlo být oceněno cvičícími a studenty v Q1.48 z důvodu absence klimatizace.

8.6

Teplovodivé pasty

Dalším aplikovatelným řešením může být snížení teplot procesorů aplikací lepších vodivých past. Rozdíl teplot může být oproti zaschlé, výrobcem nanesené pastě i 3 až 5 °C. V případech, kdy je teplovodivá pasta již velmi zaschlá, nemusí poskytovat v takovém případě ideální teplovodivé vlastnosti mezi tepelným vývodníkem procesoru a jeho chladičem. Aplikace teplovodivé pasty vyžaduje sice odbornou montáž, vyčištění jádra procesoru od předchozí teplovodivé pasty a odmaštění chladiče ethanolem, ale po nanesení opravdu kvalitní pasty lze snížit teplotu procesoru o výše uvedené hodnoty a současně je to řešení, které není nijak nebezpečné, či riskantní. Pokud by technik nanesl pastu nedostatečně, nedošlo by k žádnému poškození procesoru. Pokud by ji naopak nanesl příliš mnoho, účinnost pasty by se mohla snižovat, což teď vnímejme jako spekulaci. Ideálně nanášená teplovodivá pasta na procesor vyžaduje pouze jednu menší kapičku pasty na prostředek tepelného vývodníku a

8.7

Pozdější nákupní rozhodování

46

dále pouze rozetření po celé ploše procesoru, která se dotýká chladiče, tak aby byla nanesená vrstva tenká jen zlomek milimetru. Čím tenčí vrstva teplovodivé pasty spojuje procesor s chladičem, tím lepší je výsledné vedení tepla. 51 Čím více se zvýší odvod tepla od procesoru, tím více klesne jeho teplota a tím potenciálně i jeho spotřeba. Při aplikaci několika faktorů, jako například z vlastní zkušenosti kvalitně větraná skříň, kvalitně nanesená kvalitní teplovodivá pasta na procesor, úsporné komponenty a nižší teplota prostředí, ve kterém je počítač provozován, může být rozdíl teplot komponent i 10 až 20 °C. Dalším problémem je prašnost prostředí a zaprášenost chladičů, která snižuje účinnost chladičů. Důkazem je pak vypínání počítačů v létě, následkem přehřátí procesoru nebo důsledkem přehřátí grafických karet, pakliže se jedná o herní počítač v domácnosti. S rostoucí teplotou klesá i stabilita počítače a v některých případech klesá tak i výkon, obzvláště u grafických karet, které za provozu přesáhnou 80 nebo 125 °C. 23 V těchto případech je grafická karta nestabilní, mohou se začít dokonce objevovat na obraze artefakty a spotřeba grafické karty se zvyšuje. 47

8.7

Pozdější nákupní rozhodování

Další doporučení se týká pozdějšího nákupního rozhodování MENDELU při nakupování novější a další techniky. Je pochopitelné, že v okamžiku získání grantu se snaží MENDELU nakoupit takovou techniku, která bude dostačující z hlediska nároků na výkon i za 5 let. Problémem však zůstává, že se obvykle nejedná o dostatečně úspornou techniku. Narozdíl od Intelu, u architektury AMD lze využívat daleko větší množství undervoltingových technik. Skutečnost však je taková, že v globálu výkon na Watt může být u AMD méně výhodnější, než v případě nákupu Intelu. I přesto lze doporučit nákup architektury AMD mezi výpočetní techniku už jen kvůli výuce, možnostem. Dalším důvodem, proč mezi stávající techniku zařadit i architekturu AMD je rozdílnost architektur právě pro výukové účely pro studenty informatiky na PEF MENDELU. Pakliže by se objevil argument, proč danou techniku nekupovat, lze dodat, že operační paměti, pevné disky, optické mechaniky, přídavné karty, dedikované grafické karty, mnohdy i počítačové zdroje jsou v současnosti mezi platformami AMD, Intel a VIA zcela kompatibilní. Pakliže bychom rozhodovali o budoucím nákupu úsporných počítačů pro běžné účely jako je surfování po internetu pro studenty, běžnou kancelářskou práci, lze rozhodovat o produktech všech těchto 3 výrobců. Intel nabízí v současné době nejúspornější procesory Intel Atom s TDP 2 až 4 Wattů, 30 v nabídce Intelu můžeme nalézt i serverové procesory s TDP 6 Wattů 25 , AMD je na tom podobně s výkonnějšími úspornými procesory s TDP 2,3 – 18 Wattů 36 a nezaostává ani výrobce úsporných procesorů Via s TDP 1 až 12 W 31 . Celý počítač od firmy VIA má i se čtyřjádrovým procesorem spotřebu pouhých 27,5 Wattů. 38

8.8

8.8

Úsporné počítače s nižším TDP

47

Úsporné počítače s nižším TDP

Lze zvážit i experimentální použití a nákup několika nových počítačů na trhu známými pod názvem Raspberry Pi. Tyto počítače mají spotřebu celé pod 1 Watt až 4 W. Bohužel však nenabízí architekturu x86 ani x64, ale ARM. Tato architektura může být však velice výhodná pro použití místo současných počítačů pro studenty, pro účely terminálů pro přihlašování a odhlašování na zkoušky, umístěné na chodbách PEF MENDELU. Očekávaná návratnost těchto počítačů by byla již za dobu jednoho roku. Na fakultě PEF jsem nenašel jediný počítač (vyjma serverů), které fungovaly na architektuře AMD s procesory AMD. Dalším důležitým faktem je určení pracovní stanice pro cílové nasazení. Pokud budeme uvažovat nejvýkonnější pracovní stanice pro studenty na testy v UISu, prohlížení internetu a občasnou kancelářskou práci, je naprosté mrhání výkonem a elektřinou na takový počítač využívat například procesory Core i7 jako se nachází v učebně Q47. V případě počítačů na Q47 lze doporučit jakékoliv multiseat řešení, díky kterému bude možné využít tak vysoký výkon jednoho počítače pro několik studentů zároveň. Odhadem autora by počítač se 16 GB RAM a procesorem Core i7 zvládl bez problému obstarat i práci 4 studentů zároveň. Stejný počet počítačů by tedy zvládl posloužit až čtyřnásobnému počtu studentů oproti současnosti. Pokud by vedení nesouhlasilo s řešením aplikace multiseat řešení, doporučuje se použít pro běžné stanice pouze úsporné procesory s TDP nižším než 45W. V takovém případě je nižší jak vyzařované teplo, tak i celková spotřeba celého počítače. Výhodou rovněž bývá používání základních desek velikosti mini-ITX nebo microATX. Základní desky menší velikosti mají obvykle i nižší spotřebu než základní desky standardní velikosti ATX.

8.9

Vhodné nastavení

BIOS desktopových počítačů ve studovně v budově Q nemá možnosti změnit elektrické napětí na základních deskách, multiplikátory CPU, ani frekvence CPU. Vše se tedy musí odehrávat softwarově. To má však hned 3 výhody. Nehrozí nestabilita při zapínání počítače, jakákoliv případná nestabilita systému způsobena přehnaným undervoltingem by šla snadno vrátit do továrních hodnot deaktivací startu utility zajišťující undervolting softwarově. Poslední výhodou je naprosto plný výkon pro maximálně rychlý start operačního systému bez žádných omezení. Ačkoliv musí být definovatelný rozdíl ve spotřebě mezi počítačem bez periferií a s nimi, bohužel se jednalo o neměřitelný rozdíl mezi těmito dvěma stavy. Z tohoto důvodu tedy ani nelze stanovit úsporná opatření na USB portech. Lze však stanovit takzvané „uspávání“ USB portů a stejně tak lze aplikovat i šetřící politiku na síťové karty počítačů, pakliže aplikovány nejsou. Nejlepší řešení řešící problém periferií však byl stanoven v bodu č. 2.

8.10

Tepelná úspora

48

Šetřící politika správy napájení operačního systému dokáže ušetřit na základě nastavení časovačů pro šetření u konkrétních činností. Pokud budeme hovořit o šetřící politice a uspávání monitorů při nečinnosti, bylo by asi vhodné nechat toto rozhodnutí na administrátorech, starajících se o učebny a výpočetní techniku. Skutečnost, že by se monitory uspávaly již při minutě neaktivity mohou být sice nadšeně přivítány po sečtení potenciálních uspořených nákladech. Nelze však s jistotou určit, jaký vliv na hardware LCD monitoru může mít neustálé vypínání a zapínání hlavně pro napájecí okruh monitoru a dále pro osvětlení monitoru jako takové, které lze z hlediska používání přirovnat k dnešním úsporným zářivkám. Stejně tak lze hovořit o pevných discích počítače, kdy lze raději doporučit nevypínat pevné disky při nečinnosti. S uspáním pevného disku klesá i jeho provozní teplota. S jeho opětovným zapínáním je namáhán motorek pevného disku a plotny, čtecí hlavy a motorek trpí více změnami teplot, než běžným používáním. To však nelze jednoznačně potvrdit a lze se odkazovat jen na testovací laboratoře, které testují výdrže disků pro stanovení záruky. Je vhodné připomenout, že laboratoře testují pevné disky způsobem, kdy je zapnutý pevný disk vsazen do izolované komory. V té se střídá simulace vysokých provozních teplot a velice nízkých provozních teplot pevného disku. Pokud pevný disk začne vykazovat známky nefunkčnosti po určitém cyklu testování, je na základě testů stanovena záruka. Pakliže bychom měli vycházet z těchto informací, lze spekulovat o tom, že je pro pevný disk jistě výhodnější zachovat si stálou provozní teplotu po celou dobu denního provozu. Pokud by pevný disk každým cyklem vypnutí a zapnutí stárnul, lze spekulovat o tom, že když by byl pevný disk spuštěn ráno po zahájení výuky a vypnut večer po skončení výuky, bude to jistě pro disk méně namáhavé, než když bude pevný disk procházet zapínacími a vypínacími cykly každých 20 minut během provozu. Položme si tedy spekulativní otázku. Je lepší, aby disk stárnul běžným provozním opotřebením, nebo zapínacími a vypínacími cykly několikanásobně rychleji, než obvyklým používáním? Pakliže bychom hovořili o SSD discích, lze tento problém prakticky ignorovat, protože provozní a funkční podmínky SSD disků fungují na jiné bázi a tedy nelze srovnávat magnetické pevné disky s SSD disky. Vzhledem ke klesajícím cenám SSD disků, lze v budoucnu předpokládat přibývající počet SSD disků v počítačích PEF MENDELU.

8.10

Tepelná úspora

Méně generovaného tepla, méně tepelného výkonu, vyzářeného z počítačů znamená i menší nároky na chladící výkon klimatizací. Z pokusu, kdy se pomocí programu Prime95 cyklila všechna výpočetní jádra CPU je patrné, že referenční stroj, který proběhl úspěšně pokusem stejně tak, jako stroje s aplikovaným undervoltingem a underclockingem s undervoltingem, měl mnohem vyšší provozní teploty procesoru než v případech s aplikovaným undervoltingem a underclockingem. Dále bylo zjištěno, že i jednotlivé kusy procesorů se od sebe natolik liší, že nelze přesně stanovit konkrétní teploty, o kolik teplota po aplikaci undervoltingu klesne, bez předchozího zprůměrování naměřených počtů hodnot.

8.11

Budoucnost úsporných procesorů

49

Obr. 9: Teploty jader CPU testovaných počítačů po 60 hodinovém testu stability

8.11

Budoucnost úsporných procesorů

Budoucnost energetických úspor je již v současnosti více než jasná. Intel poodhalil koncept 48-jádrového úsporného procesoru, nástupce současného procesoru Atom. 32 Vysvětlení je velmi jasné a myšlenku lze hodnotit jako velmi nadějnou. Na mobilních platformách není potřeba vysokého výkonu, protože veškeré operace v mobilních procesorech jsou většinou nenáročné úkony. Je obecně známo, že úsporné mobilní procesory jakékoliv architektury měly vždy nízký výkon ovšem zajímavou spotřebu. Myšlenka Intelu o úsporném CPU a 48 jádry je zajímavou právě v okamžiku, kdy bychom chtěli zpracovat velké množství méně náročných vláken, což téměř dokonale popisuje nasazení pro úsporné procesory. Myšlenku lze hodnotit i velmi pozitivně v případě scientific-computingu, neboli věděckých výpočtů. Každoročně se objevují zajímavé projekty, kde studenti postavili superpočítač z úsporných komponent. Z ekonomického hlediska velmi zajímavým projektem je projekt prof. Simona Coxe z univerzity v Southamptonu, který postavil superpočítač ze 64 základních desek počítačů Raspberry Pi v hodnotě pouhých 4000.28 V okamžiku kdy máme k dispozici dávku mnoha souborů, máme k dispozici architekturu o stovkách threadů a tedy i slušného výpočetního výkonu, je vhodné uvažovat nad úspornými CPU spojenými v jeden velký výpočetní cluster. Využití úsporného CPU od Intelu se 48 jádry bude mít tedy jistě i budoucnost v této oblasti. V další fázi bude nutné využít architekturu a začít psát aplikace optimalizované právě pro uvedenou architekturu. Každé jádro úsporných CPU má nízký výkon. Dohromady při vhodném využití by takové CPU mohly například rychleji zpracovávat video, protože každé výpočetní jádro by si vzalo na práci právě 1 snímek. 10

8.12

Analýza potřeb

50

Pokud bude PEF MENDELU chtít vhodně investovat do budoucí výpočetní techniky, investice do úsporných počítačů s úspornými procesory bude vhodná.

8.12

Analýza potřeb

Fakultě PEF lze tedy doporučit zvážit do budoucna analýzu potřeb výpočetního výkonu a orientovat výkon nikoliv směrem na maximalizaci výkonu jednotlivých pracovních stanic pro studenty, ale místo toho raději vhodně uvažovat nad skládáním výkonu energeticky úsporných stanic ve spojení s vhodně napsanými aplikacemi, optimalizovanými právě pro tyto procesory. Velké náklady, spekulujme rovněž v desítkách procent, by mohla fakulta PEF ušetřit na provozu za servery v případě přechodu na úsporné platformy a optimalizaci kódu nebo alespoň serverových aplikací, na kterých fungují univerzitní servery. Z vlastních zkušeností autora je nutno dodat, že na serverech dnes přestává být hlavní prioritou výkon na jádro, jako spíš počet výpočetních jader v souvislosti s virtualizací a optimalizace běžících serverových aplikací pro vyšší počty vláken, což ve výsledku přináší opět další úspory a zvýšení efektivity výpočtů. Protože však nelze stanovit cenu za optimalizace zdrojových kódů aplikací, které jsou provozovány na univerzitních serverech, nelze ani odhadnout konkrétní výši úspor.

8.13

Efektivnější nastavení BIOSu

Je třeba zopakovat dle názoru autora nejdůležitější větu pana Ing. Martina Pokorného, Ph.D. z předmětů Operační Systémy, Počítačové Sítě a Počítačové Sítě II: „Vše co nepoužíváme, zakažme.“ Problémem zůstává, že v případě úsporných počítačů ve studovně už není co zakázat, protože to tam zkrátka není. Hovoříme tu například o Firewire 1394, sériových a paralelních portech, dále zadních USB portech, pokud používáme jen vyvedené přední atd. Nemalou důležitost znamenají i bootovací priority. Pokud se při každém startu snaží počítač bootovat z DVD mechaniky, pak z vyjímatelného média, dále ze sítě pomocí PXE a nakonec teprve bootuje z pevného disku, ztratíme čekáním i desítky vteřin až jednotky minut v závislosti na BIOSu a základní desce.

8.14

Efektivnější behaviorální politika úspory počítače

Všechny nepotřebné služby v operačních systémech je nutné vypnout. Důrazně doporučuji vypnout náběh aktualizace Javy a dalších programů vyžadujících aktualizaci s přihlášením administrátora, když uživatel se standardními právy stejně nemá oprávnění aktualizace provádět, anebo udělit výjimku pro uvedené aplikace. Nalezení ideální velikosti stránkovacího souboru ve Windows může zajistit hladší chod systému a méně časté seekování disku ve snaze swapovat na disk. To však nelze jednoznačně určit, existují pouze dohady o tom, jaká by měla být ideální velikost stránkovacího souboru vzhledem k velikosti RAM. Proto je nutné daný problém

8.15

Co nelze aplikovat?

51

nechat čistě na empirickém zkoumání. Opět nelze jednoznačně stanovit, které systémové služby vypnout, či nechat zapnuté. Po prozkoumání několika desítek článků na uvedené téma nelze jednoznačně určit doporučení, které služby vypnout a které nechat alespoň se zpožděným startem. Na druhou stranu při prohlížení současného stavu OS Windows na počítačích ve studovně je nutno pochválit techniky, kteří se postarali o efektivnější provoz OS, protože většina doporučovaných nastavení webových stránek zabývajících se optimalizací chodu OS Windows, se ve většině shodovala nebo podobala současnému nastavení. Vzhledem k tomu, že nejsme schopni předpovědět, jaké úkony se budou v budoucnu provádět na počítačích ve studovně, nelze ani explicitně zakázat většinu navrhovaných systémových služeb, protože by takto zakázané služby mohly omezit uživatele při práci s konkrétními programy a utilitami vyžadujících chod některých zakázaných systémových služeb.

8.15

Co nelze aplikovat?

Na drtivé většině školních počítačů jsou integrované grafické karty. Integrovaná grafická karta má pracovní frekvencí grafických pamětí závislou na pracovní frekvenci operačních pamětí, jejichž elektrické napětí nelze z důvodů stability snížit. Všude kde jsou naopak koupené grafické karty, se jedná o low-endové edice profesionálních grafických karet, určených pro podávání jasných výkonů v grafických aplikacích. Low-endové grafické karty se vyznačují nižší spotřebou. Ta sice lze ještě snížit snížením frekvence grafické paměti, mírně snížit napětí a frekvencí GPU, to by však vyžadovalo trvalou změnu grafického BIOSu grafické karty, což je nejen riskantní, ale taky zdlouhavé při představě, že by se tak náročná a riskantní operace musela provádět na všech počítačích v dané učebně. Naopak softwarové utility, které umožňují snižovat frekvenci za chodu grafické karty možné realizovat je. S nižší frekvencí klesá i zahřívání grafických karet.

8.16

Spínané zásuvky do kanceláří

Nejmenší investice je nákup spínací časové zásuvky. Počítač zapojený do elektrické sítě má spotřebu, ikdyž je vypnutý. Většina dnešních počítačů má v BIOSu základní desky aktivovanou funkci Wake on Lan, kde je pod napětím síťová karta, která umožňuje počítač vzdáleně zapnout. Vypnutý počítač zapojený do elektrické zásuvky má i přesto například aktivní USB porty, což může dokazovat například svítící optická myš. Položme si otázku, která kancelář na PEF MENDELU funguje mezi půlnocí a 6 hodinou ráno? Spínanou zásuvku tedy lze doporučit aplikovat na všechny počítače zaměstnanců PEF MENDELU.

8.17

Centralizovaná správa

Řešením na větším množství počítačů je centralizovaná správa. Tentokrát nikoliv z důvodu omezeného rozsahu práce, ale z důvodu mého know-how, které budu pro-

8.18

Nahrazení terminálů pro studenty architekturou ARM

52

vádět v komerčních firmách, jsem ochoten prozradit technikům konkrétní řešení, jak vyřešit problém s automatickým spouštěním aplikací řešících undervolting pro neprivilegované uživatele na OS Windows. Tématem mé diplomové práce bude pravděpodobně velmi levné řešení na jednoduchou a efektivní centrální správu počítačových učeben za účelem hromadné aplikace undervoltingu po počítačové síti. V dnešní době již existují komerční firmy řešící centralizovanou správu počítačů, nesetkal jsem se doposud s řešením, které by mělo zapříčinit centralizovaný undervolting po síti a šetřit tak administrátorům práci s masivní úsporou nákladů.

8.18

Nahrazení terminálů pro studenty architekturou ARM

Investice 1 200 až 2 000 korun do každého ze školních terminálů pro studenty na přihlašování do UISu se navrátí již během 1 roku na ušetřené elektřině. Za 4 školní terminály (2 u děkanátu a 2 vedle učebny Q09) lze tuto investici vnímat jako rozumnou. Uvedené terminály by mohly být vzhledem k jejich specifickému využití ekologickou a ekonomickou chloubou, jak rozumně minimalizovat náklady na provoz IT.

8.19

Finanční výsledky

Uvedené možnosti mají potenciál ušetřit ročně až 30 tisíc korun. Pokud by se veškeré možnosti úspor skutečně uplatnily na všech počítačích na PEF MENDELU, troufám si spekulovat o ročních úsporách až 50 tisíc korun. Z pohledu autora nejhodnotnějším výsledkem uvedeným v praxi je současná realizace centralizovaného vypínání ve studovně na PEF MENDELU.

9

53

REFERENCE

9

Reference

1.

80 PLUS® Certified Power Supplies and Manufacturers. z: Ecova Plug Load Solutions [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.plugloadsolutions.com/80PlusPowerSupplies.aspx .

2.

All X86 Core Performance Comparison. z: Tom’s hardware: THE AUTHORITY ON TECH [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.tomshardware.com/charts/x86-core-performancecomparison/benchmarks,128.html . http://www.amd.com/us/products/technologies/cool-n-quiet/Pages/cool-nquiet.aspx

4.

AMD OverDrive™. Advanced Micro Devices, Inc. [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://sites.amd.com/us/game/downloads/AMDOverdrive/pages/overview.aspx .

5. Application to underclock/undervolt a Mac?. z: Super User [online]. 2010 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://superuser.com/questions/12504/applicationto-underclock-undervolt-a-mac . http://www.czc.cz/ati-hybrid-crossfire-zajimava-technologie-od-amd-vpraxi/clanek 7.

BÁBÍČEK, Radek. Hybrid SLI v praxi: vypněte žravou grafiku. z: Extrahardware [online]. 30.7.2008 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/hybrid-sli-v-praxi-vypnete-zravougrafiku/strana/0/2 .

8.

BEŠŤÁK, Ondřej. Intel GMA 4500M HD - příliš nízký výkon. z: EXTRAHARDWARE.CZ: Diskuze o počítačích, PC komponentách, rady, tipy [online]. 2009 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/forum/viewtopic.php?f=4t=9044 .

9. BICAK, Mustafa. SinglePI. z: MaxxPI² [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.maxxpi.net/pages/description/singlepi.php . 10. BRŮCHA, Filip. Intel chystá 48jádrový čip pro chytré telefony a tablety. z: Computerworld.cz [online]. 31.10.12 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://computerworld.cz/technologie/Intel-chysta-48jadrovy-cip-pro-chytretelefony-atablety-49024 . 11.

Competitive Analysis: Userful dows™ MultiPoint Server 2011.

MultiSeat Linux 5.0™ vs. Winz: Userful™: Cloud-Managed, Zero

9

REFERENCE

54

Client Computing [online]. 2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www2.userful.com/products/product-comparison/userful-multiseatvs-windows-multipoint . 12. ČÍŽEK, Jakub. Windows 8 má „problém“, startuje příliš rychle. z: Živě.cz [online]. 24. 5. 2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.zive.cz/clanky/Windows-8-ma-problem-startuje-prilis-rychle/sc3-a-163815/default.aspx . 13. FELLER, Daniel. Windows 7 Optimization – Disable Services. Virtualize My Desktop [online]. 2010, June 24, 2010 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://virtualfeller.com/2010/06/24/Windows-7-optimization-disable-services2/ . 14.

GCN Architecture. z: Advanced Micro Devices, Inc. [online]. 2011, November 30, 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.amd.com/us/products/technologies/gcn/Pages/gcnarchitecture.aspx .

15.

HENNINGSEN, Paul. An Intro To AMD OverDrive. z: HENNINGSEN, Paul. Tom’s hardware: THE AUTHORITY ON TECH [online]. February 20, 2009 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.tomshardware.com/reviews/phenom-overclock-athlon,21615.html .

16.

How it Works. z: Microsoft [online]. 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.microsoft.com/Windows/multipoint/howitworks.aspx .

17. HRUSKA, Joel. AMD 2009 performance preview: taking Phenom II to 4.2GHz. z: Ars technica [online]. Feb 23 2009 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://arstechnica.com/gadgets/2009/02/phenom-ii-scaling/3/ . 18.

Info: Intel SpeedStep Technology/Thermal Throttling. z: Overclock.net: the pursuit of performance [online]. 2005 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.overclock.net/t/44005/info-intel-speedstep-technology-thermalthrottling .

19. Installation. z: Xnu-speedstep: A kernel extension for OS X to enable Intel SpeedStep and undervolting on any kernel [online]. 2010, Feb 4, 2010 [cit. 201301-02]. Dostupné z: http://code.google.com/p/xnu-speedstep/wiki/Installation . 20.

Intel: Firmy si drží staré servery, které jsou energetickými „otesánky“. CIO bussinesworld.cz [online]. 2012 [cit. 2013-01-02]. Do-

9

REFERENCE

55

stupné z: http://businessworld.cz/aktuality/Intel-firmy-si-drzi-stare-serveryktere-jsou-energetickymiotesanky- 9019 . 21. Intel® Desktop Boards: Intel® Desktop Control Center. Intel [online]. [cit. 201301-02]. Dostupné z: http://www.intel.com/design/motherbd/software/dcc/ . 22. JAHODA, Mirek. Intel Celeron G530: nejvýhodnější procesor současnosti. z: EXTRAHARDWARE.CZ [online]. 21.2.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/recenze-Intel-celeron-g530-sandybridge-test/strana/0/8 . 23. JAHODA, Mirek. Spotřeba GPU prudce závisí na teplotě!. z: EXTRAHARDWARE.CZ [online]. 7.5.2008 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/spotreba-gpu-prudce-zavisi-na-teplote . 24. KINKELIN, Martin. PhenomMsrTweaker v1.2. z: PhenomMsrTweaker: Cool Quiet customized [online]. 15.03.2009 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://phenommsrtweake.sourceforge.net/ . 25. KOŠŤÁL, Ondřej. Intel přinesl serverový procesor se spotřebou 6 W. z: Pctunning [online]. 11.12.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/index.php?option=com_contentview=articleid= 25833catid=1Itemid=57 . 26. Linux PHC - za notebook tišší. z: AbcLinuxu [online]. 27.8.2009 [cit. 2013-0102]. Dostupné z: http://www.abclinuxu.cz/blog/urandom/2009/8/Linux-phcza-notebook-tissi . 27. LUNDHOLM, Magnus. CoolBook. CoolBook [online]. 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.coolbook.se/CoolBook.html . 28. MALIAROV, Michal. Britové postavili superpočítač z Raspberry Pi a Lega. z: Živě.cz [online]. 13. 9. 2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.zive.cz/bleskovky/britove-postavili-superpocitac-z-raspberrypi-a-lega/sc-4-a-165422/default.aspx . 29.

MAREK, Jírů. Ověřte si stabilitu vašeho CPU!. z: Pctunning [online]. 20.12.2002 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/index.php?option=comc ontentview = articleid = 3561catid = 26Itemid = 65.

30. MATOUŠEK, Jakub. (Ne) úsporný nejúspornější procesor. z: EDIS-IT [online]. 2013 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.jakubmatousek.com/index.php/opo%C4%8D%C3%ADta%C4%8D%C3%ADch/15-ne-%C3%BAsporn%C3%BDnej%C3%BAsporn%C4%9Bj%C5%A1%C3%ADprocesor .

9

REFERENCE

56

31. MOLNÁR, Jiří. Nejúspornější čtyřjádrové procesory? Jedině od Via. z: PCP: PC PORADENSTVÍ.CZ [online]. 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.pcporadenstvi.cz/nejuspornej-i-ctyrjadrove-procesory-jedine-od . 32. Nástupce Intelího Atomu ponese 48 jader. z: DIIT.CZ: DEEP IN IT [online]. 1.11.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://diit.cz/clanek/48-jadrovy-procesorIntel-pro-mobily-tablety . 33.

OBERMAIER, Z. Máme novou metodiku – test prvních 7 procesorů. z: Pctunning [online]. 23.5.2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/hardware/procesory-pameti/21085-mame-novoumetodiku-test-prvnich-7-procesoru?start=4 .

34. OBERMAIER, Z. Nový drtič výkonu v testu – Asus Radeon HD 7970 3 GB. z: Pctunning [online]. 9.1.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/hardware/graficke-karty/22954-novy-drtic-vykonu-vtestu-asus-radeon-hd-7970-3-gb?start=4 . 35.

OBERMAIER, Z. Nvidia Synergy Optimus pro Desktop. z: Pctunning [online]. 26.4.2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/component/content/article/1-aktualni-zpravy/20860nvidia-synergy-optimus-pro-desktop .

36. OLŠAN, Jan. Nejúspornější procesor od AMD: APU G-T16R má průměrnou spotřebu 2,3 W. z: EXTRAHARDWARE.CZ [online]. 26.6.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/nejuspornejsi-procesor-od-AMD-apu-gt16r-ma-prumernou-spotrebu-23-w . 37.

PARON, Dean. Windows MultiPoint Server Minimum Hardware Recommendations. z: Windows MultiPoint Server: A place to learn more about Windows MultiPoint Server, directly from the development team [online]. 16 May 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://blogs.technet.com/b/multipointserver/archive/2011/05/16/windowsmultipoint-server-minimum-hardware-recommendations.aspx .

38.

PAVLIS, Jakub. VIA QuadCore - nejnižší spotřeba mezi čtyřjádry. z: NOTEBOOK.CZ [online]. 18.05.2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://notebook.cz/clanky/technologie/2011/VIA-QuadCore .

39.

PELECH, Tadeáš. Průzkum Intel: Staré servery se prodraží. Computerworld.cz [online]. 2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://computerworld.cz/aktuality/pruzkum-intel-stare-servery-se-prodrazi-45030 .

9

REFERENCE

57

40. Processors: Frequently asked questions for Enhanced Intel SpeedStep® Technology on mobile. Intel [online]. 20-Feb-2008, 29-Nov-2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.intel.com/support/processors/sb/CS-028855.htm . 41. SHILOV, Anton. AMD Expects to Start Small-Volume Production of 28nm APUs Late This Year: AMD Begins to Get Ready for 2013: Kaveri, Kabini, Temash... z: Xbit laboratories [online]. 04/19/2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.xbitlabs.com/news/cpu/display/20120419194944_AMD_Expects_to_ Start_Small_Volume_Production_of_28nm_APUs_Late_This_Year.html . 42. SHVETS, Gennadiy. AMD A8-Series A8-3870K - AD3870WNZ43GX / AD3870WNGXBOX. z: CPU World [online]. 2011, 21 Nov 2012 [cit. 2013-0102]. Dostupné z: http://www.cpu-world.com/CPUs/K10/AMD-A8-Series%20A83870%20AD3870WNZ43GX.html . 43. SMUTNÝ, Petr. Jak v podniku ušetřit až třetinu nákladů. Hospodářské noviny [online]. 2008, roč. 2008, 27.11.2008 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.pwc.com/cz/cs/clanky-o-krizi/jak-v-podniku-usetrit-az-tretinunakladu.jhtml . 44. STACH, Jan. Cenově dostupnější 22nm procesory Intel Core i3 dorazí brzy - za kolik?. z: DDWorld.cz: Technology Lifestyle [online]. 2012, 16 červen 2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.ddworld.cz/aktuality/procesory-cpu/cenovedostupnejsi-22nm-procesory-intel-core-i3-dorazi-brzy-za-kolik.html . 45. SCHMIDT, Christoph. Jak prodloužit život vašemu hardwaru. z: Chip.cz [online]. 2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://earchiv.chip.cz/cs/earchiv/vydani/r2011/chip-09-11/jak-prodlouzit.html . 46. The ”Undervolting” Guide. z: Notebook Review™ [online]. 2008 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://forum.notebookreview.com/hardware-components-aftermarketupgrades/235824-undervolting-guide.html . 47. VÁGNER, Adam. Velké srovnání spotřeby karet: PowerTune proti GPU Boost. z: EXTRAHARDWARE.CZ [online]. 27.7.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://extrahardware.cnews.cz/velke-srovnani-spotreby-grafickych-karet .

9

REFERENCE

58

48. VÍTEK, Jan. Desky Gigabyte i s novým BIOSem velmi dobře taktují. z: Svět Hardware: vše ze světa počítačů [online]. 30.12.2011 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.svethardware.cz/artd oc − 8D425EF 2059C7CB3C1257976004389B5.html. 49.

VÍTEK, Jan. Sedm teplovodivých past v testu. z: SVĚT HARDWARE: vše ze světa počítačů [online]. 6.8.2007 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://www.svethardware.cz/artd oc − CCB1249287B66C81C125732A00536DC0.html.

50. Windows 7 - optimalizace služeb. ITsvět [online]. 2009, 24.05.2009 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://itsvet.bleskove.net/clanek/W7-optimalizace-sluzby.html . 51. WOJTĚCH, Daniel. Velký test teplovodivých past – vyplatí se připlácet?. z: Pctunning [online]. 14.5.2012 [cit. 2013-01-02]. Dostupné z: http://pctuning.tyden.cz/hardware/skrine-zdroje-chladice/24061-velky-testteplovodivych-past-vyplati-se-priplacet?start=9 .

10

PŘÍLOHY

10

59

Přílohy

Na přiloženém CD lze nalézt screenshoty z proběhlých testů na jednotlivých počítačích. Na CD se dále nalézají Benchmarky, nafocené obrazovky BIOSu Šmudla 05, spotřeby počítačů a monitorů v učebnách Q04, Q05 a Q08.

10.1

Seznam odkazů

1. http://www.tomshardware.com/reviews/phenom-overclock-athlon,2161-6.html 2.http://www.overclock.net/t/44005/info-Intel-speedstep-technology-thermalthrottling 3. http://www.Intel.com/design/motherbd/software/dcc/ 4. http://www.brighthub.com/computing/hardware/articles/30618.aspx 5.http://www.techradar.com/news/computing-components/processors/how-tooverclock-your-amd-cpu-721143