Как уменьшить энергопотребление компьютера

Обновлено: 09.01.2025

Вот что можно сделать, чтобы увеличить время работы батареи компьютера.

При включенной функции экономии заряда компьютер временно отключает некоторые функции, быстро истощающие заряд батареи, такие как автоматическая синхронизация электронной почты и календаря, обновления живых плиток и приложения, которыми вы не пользуетесь активно. Экономия заряда — самый простой способ увеличить время работы батареи.

Выберите Начните > Параметры> System> Power & аккумулятор. Если вы хотите, чтобы экономия заряда включалась каждый раз, когда уровень заряда батареи ниже определенного уровня, выберите Экономия заряда, а затем выберите нужный уровень. Чтобы включить экономия заряда и оставить его включаемой до следующего подключения к компьютеру, выберите Включить сейчас в параметрах аккумулятора Power & или выберите значок Аккумулятор в области уведомлений, а затем выберите параметр Экономия заряда быстро Включить экономия заряда в
Параметры

Настройте некоторые параметры экрана компьютера, чтобы продлить время работы от аккумулятора. Например:

Сократите интервал активности дисплея.

Выберите Начните> Параметры > Система > Power & аккумулятор > экран и спящий режим. В режиме "В заряде батареи" отключитеэкран после , выберите более короткую длительность.
Открытие параметров & спящий режим

Уменьшите яркость дисплея.

Выберите Начните > Параметры> Системная> Отображение>яркость. Чтобы установить нужный уровень яркости, с помощью ползуна Изменить яркость установите автоматические изменения яркости при изменении освещения (если оно отображается), а затем используйте ползунок Изменить яркость.
Открытие параметров дисплея

Уменьшите скорость обновления экрана.

Более высокая скорость обновления обеспечивает более плавные движения на экране, но при этом используется больше энергии. Если вы хотите понизить скорость обновления экрана, выберите Начните > Параметры > Система> Экран> Расширенный экран. В области Выберите скорость обновлениявыберите более низкую скорость.

Выберите пользовательские параметры графики для приложения.

Выберите Начните> Параметры> система > Отображение >рисунков. В области Настраиваемые параметрыдля приложений выберите приложение, выберите Параметры, а затем выберите Power saving.

Используйте темный фон.

Выберите Начните> Параметры > персонализации> Фон, а затем выберите темный рисунок или темный сплошной цвет.
Открытие параметров фона

Используйте тему в темных оттенках.

Выберите Начните> Параметры > персонализации> Темы > текущаятема , а затем выберите темную тему.
Открытие параметров тем

Настройте некоторые параметры питания компьютера, чтобы продлить время работы от аккумулятора. Например:

Разрешите Windows автоматически изменять некоторые параметры питания.

Выберите Начните> Параметры > системные> Устранениенеполадок > Другие устранения неполадок , а затем выберите Выполнить рядом с power.

Сократите интервал перехода компьютера в спящий режим.

Выберите Начните> Параметры> Система > Power & аккумулятор > экран и спящий режим. В режиме "На заряде батареи" поставьте устройство в спящий режим после, выберите более короткую длительность.
Открытие параметров & спящий режим

Изменение фонового действия для некоторых приложений.

В некоторых приложениях можно управлять фоновой активностью. Если приложение использует много заряда батареи при работе в фоновом режиме, вы можете изменить параметры приложений, которые его позволяют. Выберите Начните> Параметры> Системная> Использование батареи Power &> батареи. В статье Использование заряда батареи для каждогоприложения см. статью Какие приложения могут использовать больше заряда в фоновом режиме. Для приложения, которое позволяет управлять действиями в фоновом режиме, выберите Дополнительные параметры (три вертикальные точки) > Управление действиями в фоновом режиме. На странице параметров этого приложения измените параметр Let this app run in the background (Позволить этому приложению запускать в фоновом режиме).

Большинство ноутбуков могут автоматически переходить в спящий режим при закрытии крышки. Чтобы это сделать, выберите Поиск на панели задач, введите Панельуправления , а затем выберите ее в списке результатов. На панели управлениявыберите Параметры питания > Выберите, что делает закрывая крышку.

Выберите более эффективный режим питания.

Выберите Начните > Параметры > system > Power & аккумулятор. В power modeвыберите более эффективный режим питания.

Этот параметр доступен не на всех компьютерах и зависит от оборудования и изготовителя компьютера.

Просто нажмите кнопку питания.

На большинстве компьютеров можно отключить отображение, завершение работы, спящий режим или режим гиберната с помощью кнопки Питания.

Чтобы выбрать, что делают кнопки питания, выберите Поиск на панели задач, введите Панельуправления , а затем выберите ее в списке результатов. На панели управлениявыберите Параметры питания, а затем Выберите, что делаюткнопки питания .

Выберите различные параметры аккумулятора для воспроизведения видео от аккумулятора.

Выберите Начните> Параметры> приложения>Видео. В параметрах аккумуляторавыберите Оптимизировать для заряда батареи. Чтобы сэкономить заряд батареи, выберите разрешение Воспроизведения видео в более низком разрешении при от аккумуляторе.

Другие возможности

Не отключайте компьютер от сети электропитания до его полной зарядки.

Чтобы проверить уровень заряда компьютера, вПараметры выберите Системный > Power & батареи. В верхней части вы увидите текущий уровень заряда батареи и то, как изменяется уровень заряда батареи в течение дня.

В некоторых случаях это помогает устранить проблемы, приводящие к сокращению времени работы батареи. Выберите Пуск, а затем Выберите Power > Перезапустить.

Включайте режим "в самолете", когда вам не нужны Интернет, Bluetooth и другие виды беспроводной связи.

Выберите Начните > Параметры> сетевой & Интернете, а затем включим режим "в самолете".
Открытие параметров режима "В самолете"

В Windows 10 пользователи, как правило, работают с несколькими приложениями. В результате программы, которые работают в фоновом режиме, потребляют значительное количество энергии.

Чтобы оптимизировать энергопотребление, в начиная с Windows 10 (версия 1709) компания Microsoft представила новую функцию Power Throttling (регулирование энергопотребления или регулирование мощности), которая использует технологии энергосбережения современных процессоров для ограничения ресурсов для фоновых процессов.

Используя данную технологию, система Windows может автоматически определять, какие приложения вы активно используете, и и ограничивать ресурсы для процессов, которые неважными. Функция регулирования мощности позволяет увеличить автономную работу устройства до 11 процентов.

Однако, распознавание процессов может работать не так, как ожидается. В этих случаях пользователь может самостоятельно контролировать, каким приложениям нужно ограничить потребление ресурсов, а каким нужно предоставить всю доступную мощность.

Как посмотреть, какие процессы регулируются

Чтобы посмотреть, какие процессы регулируются функцией Power Throttling можно воспользоваться Диспетчером задач.

Щелкните правой кнопкой мыши по панели инструментов и выберите пункт “Диспетчер задач”.
Перейдите на вкладку “Подробности”.
Щелкните правой кнопкой мыши по заголовку любого столбца и выберите пункт “Выбрать столбцы”.
Прокрутите вниз и отметьте галочку Регулирование энергопотребления.
Нажмите ОК.

После выполнения данных шагов появится новый столбец “Регулирование мощности”, показывающий, какие процессы находятся в энергосберегающем режиме.

На ноутбуках, планшетах или других портативных устройствах с аккумулятором у некоторых процессов будет указан статус «Регулирование энергопотребления» – “Включено”, а у остальных – “Выключено”.

Наглядно посмотреть новую функцию в действии можно открыв приложение, а затем свернув его. Когда вы активно используете приложение в Диспетчере задач будет показываться статус регулирования энергопотребления “Выключено”, но после сворачивания статус изменится на “Включено”.

Если все процессы имеют статус “Выключено”, значит ваше устройство подключено к источнику питания или используются режим Максимальная производительность.

Как отключить регулирование мощности в настройках электропитания

Power Throttling активируется автоматически, когда портативное устройство не заряжается, а это означает, что самый быстрый способ отключить эту функцию – подключить устройство к источнику питания.

Вы также можете управлять регулированием мощности в вашей системе, щелкнув значок питания в области уведомлений и используя слайдер, чтобы изменить режим питания.

Экономия заряда – регулирование мощности включается
Улучшенная батарея – регулирование мощности включается
Оптимальная производительность – регулирование мощности включается, но в щадящем режиме
Максимальная производительность – регулирование мощности отключается

Как отключить регулирование мощности с помощью редактора групповых политик

Если вы используете Windows 10 Pro, то отключить Power Throttling можно с помощью редактора групповых политик.

Используйте сочетание клавиша Windows + R , чтобы открыть окно команды “Выполнить”.
Введите gpedit.msc и нажмите ОК, чтобы открыть редактор локальной групповой политики.
Перейдите по пути: Конфигурация компьютера > Административные шаблоны > Система > Управление электропитанием > Параметры регулирования мощности
Щелкните дважды по политике Выключить регулирование мощности.
Выберите опцию “Включено”, нажмите “Применить” и “ОК”.
Перезагрузите компьютер.

После завершения данных шагов и перезагрузки ПК, регулирование мощности будет отключено для всех приложений в любых режимах электропитания.

В любое время вы можете снова активировать регулирование мощности, выполните те же шаги, но в пункте 5 выберите опцию “Не задано”.

Как отключить регулирование мощности с помощью системного реестра

Редактор групповых политик недоступен в Windows 10 Домашняя, но вы можете сделать то же самое с помощью редактора реестра.

Примечание

Некорректное изменение реестра может привести к серьезным проблемам. Рекомендуется создать резервную копию реестра Windows перед тем, как выполнить данные шаги. В меню редактора реестра выберите Файл > Экспорт для сохранения резервной копии.

Используйте сочетание клавиша Windows + R , чтобы открыть окно команды “Выполнить”.
Введите regedit и нажмите ОК, чтобы открыть редактор реестра.
Перейдите по следующему пути HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Power
Щелкните правой кнопкой мыши по папке “Power”, выберите Создать > Раздел.
Назовите раздел PowerThrottling и нажмите Enter.
Щелкните дважды по созданному разделу и выберите Создать > Параметр DWORD (32 бита).
Назовите параметр PowerThrottlingOff и нажмите Enter.
Щелкните дважды по созданному ключу и установите значение 1, затем нажмите ОК.
Перезагрузите компьютер.

В любое время вы можете снова активировать регулирование мощности, выполните те же шаги, но в пункте 4 удалите раздел PowerThrottling.

Как отключить регулирование мощности для отдельных процессов

Windows 10 используется интеллектуальный подход, чтобы определить какие процессы нужно ограничивать для экономии заряда и продления времени автономной работы. Тем не менее, иногда ограничение приложения может быть ошибочным и может привести к нежелательным проблемам с производительностью.

В этих ситуациях можно отключить Power Throttling для каждого приложения без необходимости полностью отключать эту функцию.

Откройте приложение Параметры.
Перейдите в раздел Система > Батарея.
Выберите ссылку Просмотрите, какие приложения влияют на время работы батареи.
Выберите приложение, настройки которого хотите изменить. Энергопотребление приложений, которые помечены Под управлением Windows контролируются Windows. Если отмечено Под управлением пользователя, то пользователь вручную настроил эти приложения.
Уберите галочку “Разрешить Windows решать, когда это приложение может выполняться в фоновом режиме”.
Уберите галочку “Уменьшить объем задач, которые может выполнять приложение, когда оно находится в фоновом режиме”.

После завершения данных шагов, регулирование мощности будет отключено для конкретного приложения.

Регулирование энергопотребления / мощности – функция, предназначенная для оптимизации срока службы батареи на портативных устройствах, поэтому не рекомендуется изменять настройки данной функции, если у вас нет проблем с работой приложений, когда функция активна.

В одной из прошлых статей мы разобрали способы экономии электричества. Компьютерную технику мы заведомо обошли стороной, поскольку возможных методов по уменьшению электро-потребления в ней значительно больше, чем в бытовой.

Настольный компьютер или ноутбук есть сейчас практически в каждом доме. Еще каких то 10-15 лет назад эти вещи были прерогативой состоятельных людей, но сегодня позволить себе их может каждый. Эта техника очень сложна в устройстве, но в то же время имеет массу возможных программных и аппаратных вариантов настроек, которые позволяют значительно снизить траты на электроэнергию.

Начнём с программных методов

Большинство людей, даже не задумываясь, оставляют свои компьютеры включенными в течение всего дня, не говоря уже про то, чтобы вынуть розетку после завершения работ или отключить кнопку питания. Если вы хотите экономить, то своё отношение к этой технике придётся поменять.

В операционной системе Windows существует ряд опций, про которые многие не знают, а другие просто их игнорируют. А ведь разработчики и программисты уже позаботились о том, чтобы ваш компьютер потреблял минимум электроэнергии. В первую очередь для этого есть специальные режимы работы.

Всего их три: режим сна, гибернации и гибридный. Каждый из них предназначен для того, чтобы во время простоя ваша техника не работала впустую. При активации энергосбережения компьютер отключит практически все свои компоненты, полностью сохранив при этом всю вашу работу. Однако у каждого их этих режимов есть существенное отличие и прежде чем использовать их в нём необходимо разобраться.

Спящий режим

Максимально снижает электро-потребление системы, перемещая все ваши открытые приложения и документы в оперативную память компьютера.

Оперативная память - RAM (Random Access Memory. Память с произвольным доступом). Грубо её можно описать как память процессора. Это не та, память, в привычном нашем понимании, как например на флешке или жестком диске. В ней хранится информация, которую в определенный момент времени использует процессор. Такие данные занимают мало места и постоянно меняются. Поэтому RAM исчисляется небольшими объёмами и имеет сверхбыструю скорость. Но в то же время для её функционирования необходим постоянный источник тока.

Переходя в этот режим компьютер с виду отключается и определить факт его работы можно только по горящему индикатору питания. При этом пк переводит все пользовательские данные в «оперативку» и в таком состоянии ждёт возобновления работы. Благодаря использованию быстрой памяти вы сможете практически моментально включить компьютер и продолжить свою работу с того места, на котором остановились.

Недостаток у этого метода следующий - поскольку весь принцип основан на хранении ваших данных в оперативной памяти, не совсем предназначенной для этого, вы можете потерять всю информацию лишь на мгновение обесточив питание. Будь то, случайное выключение, севший аккумулятор на ноутбуке или отключение электричества.

Рекомендуем использовать только в том случае, если ваши работы сохранены или нежелательных к потере данных вовсе нет.

Режим гибернации

По большому счету этот режим - тот же сон, только глубокий. Буквально с английского он так и переводится: hibernation — «зимняя спячка». Видимо из-за трудностей локализации он остался в неизменном виде, без перевода.

Метод во всём аналогичен предыдущему, с одной только разницей. Вся хранимая информация заносится не в оперативную память, а на жесткий диск, который не является энергозависимым устройством. Таким образом, при отключении питания, вы не потеряете своих данных. Это даёт большую надежность но, значительно медленную скорость как перехода в сам режим, так и обратно, в рабочее состояние.

Гибридный спящий режим

В этом методе используются оба принципа сохранения информации. Но прелесть его в том, что при возобновлении работы компьютер в первую очередь используют загрузку данных из оперативной памяти, т.е. с максимальной скоростью запуска. А если по каким то причинам, произошел обрыв питания, то будет задействована загрузка с жесткого диска и вы в любом случае не потеряете вашу информацию.

Независимо от версии Windows переход вручную в один из режимов выполняется одинаково. Нажимаете на пуск , затем около кнопки завершения работы открываете дополнительное меню по значку (или по самой кнопке). В самом меню выбираете нужный режим. Куда больший интерес представляет настройка автоматического перехода.

Пример ручного включения гибернации на Windows 10.

Настройки электропитания

Кроме ручной активации сберегающих режимов в операционной системе предусмотрен есть еще один мощный инструмент по уменьшению энергопотребления. Это планы электропитания и их опции.

Чтобы произвести настройку следует сначала зайти в панель управления компьютером, после, в зависимости от отображения значков, либо напрямую выбрать электропитание , либо сначала в перейти в оборудование и звук .

Для вашего выбора предстанет 2 основных и 1 доп. режим электропитания. Так вы можете выбрать экономичный, производительный или сбалансированный вариант, а также создать свой собственный.

Следует не просто выбрать определенный режим, а нажать на строчку напротив - настройка плана электропитания и задать основные параметры.

Но это будет только грубая настройка, после неё рекомендуем вам пройтись по более тонкой регулировке отдельных параметров. Для этого нажмите на строчку изменить дополнительные параметры питания .

Именно здесь и включается гибридный спящий режим. После его включения, в ручном способе он будет активироваться по режиму сон.

Пройдитесь по настройке каждого пункта по порядку или начните с основных, таких как сон и гибернация.

Если у вас ноутбук вы сможете более детально настроить дополнительные опции. Например действия при закрытии крышки или изменение яркости при уменьшении заряда батареи.

Дополнительные опции на ноутбуке.

Техническая часть

Не сильно вдаваясь в подробности, объясним кратко и по сути. Системный блок вашего компьютера состоит из 6 основных компонентов. Материнская плата, центральный процессор, видеокарта, оперативная память, жесткий диск и блок питания.

С точки зрения энергопотребления нас интересуют только 3 устройства: процессор (ЦП, CPU), видеокарта (GPU) и блок питания (БП). Первые два в этом перечне - главные потребители электрического тока. А роль БП заключается в обеспечении питанием всех компонентов. Остальные комплектующие в этом плане можно считать второстепенными.

Если вы уже твёрдо решили поменять или приобрести компьютер в магазине, то переживать вам не зачем. Все современные устройства делаются максимально энерго-эффективными - будь то игровая или офисная видеокарта, она будет разительно отличаться по этому параметру от своих старых аналогов.

Старая видеокарта GeForce GTX 460 2010 года выпуска потребляет 150W, вместо неё можно выбрать современную модель GeForce 1030GT с энергопотреблением всего в 30W.

В случае покупки нового оборудования вам нужно придерживаться только одного правила - приобретать тип ПК с учётом ваших задач.

Так, если компьютер вам нужен не больше чем для просмотра фильмов в интернете или работе в простых программах для печати, то вам хватит офисного варианта. Если же вы планируете работать со сложными приложениями по 3D моделированию, видео-редакторами или играть в игры, то тут вам потребуется мощный игровой ПК.

Если же покупка частично или полностью нового компьютера пока не входит в ваши планы, то, чтобы определить выгода ли эта замена экономически нужно узнать сколько электричества потребляет ваш компьютер. По большей части это будет актуально для компьютеров до 2012 года выпуска.

Итак, выясняем какое железо у вас установлено и сколько требует электроэнергии.

1) Заходим в мой компьютер и видим внизу модель процессора.

2) Жмём правой кнопкой мыши на пустом месте, в открывшемся окне нажимаем свойства , в меню слева диспетчер устройств , двойным кликом разворачиваем пункт видеоадаптеры .

Кроме этого, посмотреть эти параметры также можно в этой таблице по видеокартам.

Про выбор блока питания

Как мы уже говорили главная функция БП - преобразование переменного тока в постоянный и обеспечение им всех остальных компонентов компьютера. К сожалению человечество пока не придумало ни супер-проводников ни вечного двигателя, поэтому блок питания как и любое электрическое устройство имеет энергетические потери. Т.е. получая из розетки 800 ватт, часть электроэнергии тратится на преобразование тока, часть на выделение тепла и на выходе получается 670-700 ватт. Производители данных устройств уже давно пошли по пути совершенствования энерго-эффективности и на сегодня есть модели со специальными сертификатами 80+, обозначающими КПД более 80%. Более высокие показатели маркируются дополнительными словами. На сегодня устройства с максимальной эффективностью в 95% КПД обозначаются отметкой Titanium.

Стоят такие модели, увы, совсем недёшево.

Узнать модель БП программными методами не получится. Для это нужно частично нужно разобрать корпус. Вся необходимая информация будет указана на самом блоке.

Факт сертификации привлёк внимание мошенников, многие из которых решили подделывать маркировку на своих изделиях или даже придумывать новую. Поэтому перед покупкой устройства неизвестной фирмы дважды перепроверьте информацию. К счастью, существует официальный сайт стандарта, на котором собраны сведения по всем моделям БП имеющих данный сертификат.

Как центральный процессор может сокращать собственное энергопотребление? Основы этого процесса — в статье.

Центральный процессор (CPU) спроектирован на бесконечно долгую работу при определенной нагрузке. Практически никто не проводит вычисления круглые сутки, поэтому большую часть времени он не работает на расчетном максимуме. Тогда какой смысл держать его включенным на полную мощность? Здесь стоит задуматься об управлении питанием процессора. Эта тема включает в себя оперативную память, графические ускорители и так далее, но я собираюсь рассказать только про CPU.

Если вы знаете про C-состояния (C-states), P-состояния (P-states) и то, как процессор переходит между ними, то, возможно, в этой статье вы не увидите ничего нового. Если это не так, продолжайте читать.

Я планировал добавить реальные примеры из ОС Linux, но статья становилась все больше, так что я решил приберечь это для следующей статьи.

Основные источники информации, использованные в этом тексте:

Особенности CPU

Согласно официальной странице продукта, мой процессор поддерживает следующие технологии:

состояния простоя (Idle States);
усовершенствованная технология Intel® SpeedStep (Enhanced Intel® SpeedStep Technology).

Теперь выясним, что значит каждое из этих определений.

Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?

На процессорах для массового использования (мы не берем в расчет вещи, которые возможны при их проектировании) для снижения потребляемой энергии можно реализовать один из сценариев:

Сократить энергопотребление подсистемы (ядра или другого ресурса, такого как тактовый генератор или кэш) путем отключения питания (уменьшив напряжение до нуля).
Снизить энергопотребление путем снижения напряжения и/или таковой частоты подсистемы и/или целого процессора.

Второй вариант требует чуть больше объяснений. Энергопотребление интегральной схемы, которой является процессор, линейно пропорционально тактовой частоте и квадратично напряжению.

Примечание для тех, кто разбирается в цифровой электронике: P_cpu = P_dynamic + P_{short circuit} + P_leak. При работающем процессоре P_dynamic является наиболее важной составляющей, именно эта часть зависит линейно от частоты и квадратично от напряжения. P_{short circuit} пропорционально частоте, а P_leak — напряжению.

Более того, напряжение и тактовая частота связаны линейной зависимостью.

Высокая производительность требует повышенной тактовой частоты и увеличения напряжения, что еще больше влияет на энергопотребление.

Каков предел энергопотребления процессора?

Это во многом зависит от процессора, но для процессора E3-1245 v5 @ 3.50 ГГц расчетная тепловая мощность (Thermal Design Power, TDP) составляет 80 ватт. Это среднее значение, которое процессор может выдерживать бесконечно долго (Power Limit, PL1 на изображении ниже). Системы охлаждения должны быть рассчитаны на это значение, чтобы быть надежными. Фактическое энергопотребление процессора может быть выше в течение короткого промежутка времени (состояния PL2, PL3, PL4 на изображении ниже). TDP измеряется при нагрузке высокой вычислительной сложности (худший случай), когда все ядра работают на базовой частоте (3.5 ГГц).

Как видно на изображении выше, процессор в состоянии PL2 потребляет больше энергии, чем заявлено в TDP. Процессор может находиться в этом состоянии до 100 секунд, а это достаточно долго.

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)

Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Вот два способа снизить энергопотребление процессора:

отключить некоторые подсистемы;
снизить напряжение/частоту.

P-состояния описывают второй случай. Подсистемы процессора работают, но не требуют максимальной производительности, поэтому напряжение и/или тактовая частота для этой подсистемы может быть снижена. Таким образом, P-состояния, P[X], обозначают, что некоторая подсистема (например, ядро), работает на заданной паре (частота, напряжение).

Так как большинство современных процессоров состоит из нескольких ядер, то С-состояния разделены на С-состояния ядра (Core C-states, CC-states) и на С-состояния процессора (Package C-states, PC-states). Причина появления PC-состояний очень проста. Существуют компоненты с общим доступом (например, общий кэш), которые могут быть отключены только после отключения всех ядер, имеющих доступ к этому компоненту. Однако мы в роли пользователя или программиста не можем взаимодействовать с состояниями пакета напрямую, но можем управлять состояниями отдельных ядер. Таким образом, управляя CC-состояниями, мы косвенно управляем и PC-состояниями.

Состояния нумеруются от нуля по возрастанию, то есть C0, C1… и P0, P1… Большее число обозначает большее энергосбережение. C0 означает, что все компоненты включены. P0 означает максимальную производительность, то есть максимальные тактовую частоту, напряжение и энергопотребление.

С-состояния

Вот базовые С-состояния (определенные в стандарте ACPI).

C0: Active, процессор/ядро выполняет инструкции. Здесь применяются P-состояния, процессор/ядро могут работать в режиме максимальной производительности (P0) или в режиме энергосбережения (в состоянии, отличном от P0).
C1: Halt, процессор не выполняет инструкций, но может мгновенно вернуться в состояние С0. Поскольку процессор не работает, то P-состояния не актуальны для состояний, отличных от С0.
C2: Stop-Clock, схож с C1, но требует больше времени для возврата в C0.
С3: Sleep. Возврат в C0 требует ощутимо большего времени.

Примечание: Из-за технологии Intel® Hyper-Threading существуют также С-состояния потоков. Хотя отдельный поток может работать с С-состояниями, изменения в энергопотреблении происходят, только когда ядро входит в нужное состояние. В данной статье тема C-состояний на потоках рассматриваться не будет.

Вот описание состояний из даташита:

Примечание: LLC обозначает Last Level Cache, кэш последнего уровня и обозначает общий L3 кэш процессора.

Визуальное представление состояний:

Источник: Software Impact to Platform Energy-Efficiency White Paper

Последовательность C-состояний простыми словами:

Нормальная работа при C0.
Сначала останавливается тактовый генератор простаивающего ядра (С1).
Затем локальные кэши ядра (L1/L2) сбрасываются и снимается напряжение с ядра (С3).
Как только все ядра отключены, общий кэш (L3/LLC) ядер сбрасывается и процессор (почти) полностью может быть обесточен. Я говорю «почти», потому что, по моим предположениям, какая-то часть должна быть активна, чтобы вернуть процессор в состояние С0.

Однако если ядро работает (C0), то единственное состояние, в котором может находиться процессор, — C0. С другой стороны, если ядро полностью выключено (C8), процессор может находиться в C0, если другое ядро работает.

Примечание: Intel Software Developer’s Manual упоминает про суб-C-состояния (sub C-state). Каждое С-состояние состоит из нескольких суб-С-состояний. После изучения исходного кода модуля ядра intel_idle я понял, что состояния C1 и C1E являются состоянием С1 с подтипом 0 и 1 соответственно.

Число подтипов для каждого из восьми С-состояний (0..7) определяется с помощью инструкции CPUID. Для моего процессора утилита cpuid выводит следующую информацию:

Я создал гистограмму, представленную ниже, из исходного кода драйвера intel_idle для моего процессора (модель 0x5e). Подписи горизонтальной оси:

Имя C-состояния: специфичное для процессора состояние: специфичное суб-состояние.

Вертикальная ось обозначает задержку выхода и целевые резидентные значения из исходного кода. Задержка выхода используется для оценки влияния данного состояния в реальном времени (то есть сколько времени потребуется для возвращения в С0 из этого состояния). Целевое резидентное значение обозначает минимальное время, которое ядро должно находиться в данном состоянии, чтобы оправдать энергетические затраты на переход в это состояние и обратно. Обратите внимание на логарифмический масштаб вертикальной оси. Задержки и минимальное время нахождения в состоянии увеличивается экспоненциально с увеличением номера состояния.

Константы задержок выхода и целевых резидентных значении C-состояний в исходном коде intel_idle
Примечание: Хотя состояния С9 и С10 включены в таблицу, они имеют 0 суб-состояний и поэтому не используются в моем процессоре. Остальные процессоры из семейства могут поддерживать эти состояния.

Состояния питания ACPI

Прежде чем говорить про P-состояния, стоит упомянуть про состояния питания ACPI. Это то, что мы, пользователи, знаем, когда используем компьютер. Так называемые глобальные системные состояния (G[Х]) перечислены в таблице ниже.

Источник: ACPI Specification v6.2
Также существует специальное глобальное состояние G1/S4, Non-Volatile Sleep, когда состояние системы сохраняется на энергонезависимое хранилище (например, диск) и затем производится выключение. Это позволяет достичь минимального энергопотребления, как в состоянии Soft Off, но возвращение в состояние G0 возможно без перезагрузки. Оно более известно как гибернация.

Существует несколько состояний сна (Sx). Всего таких состояний шесть, включая S0 — отсутствие сна. Состояния S1-S4 используются в G1, а S5, Soft Off, используется в G2. Краткий обзор:

G0/S0: Компьютер работает, не спит.
G1: Sleeping.
- G1/S1: Power on Suspend. Состояние системы сохраняется, питание процессора и кэшей поддерживается.
- G1/S2: Процессор отключен, кэши сброшены.
- G1/S3: Standby или Suspend to RAM (STR). Оперативная память остается практически единственным компонентом с питанием.
- G1/S4: Hibernation или Suspend to Disk. Все сохраняется в энергонезависимую память, все системы обесточиваются.
Вот поддерживаемые состояния ACPI.

Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора

Приятно видеть все комбинации в таблице:

В состоянии G0/S0/C8 системы процессора запущены, но все ядра отключены.

В G1 (S3 или S4) некорректно говорить про С-состояния (это касается как CC-состояний, так и PC-состояний), так как процессор полностью обесточен.

Для G3 не существует S-состояний. Система не спит, она физически отключена и не может проснуться. Ей необходимо сначала получить питание.

Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?

Современный (но не единственный) способ запросить переход в энергосберегающее состояние — это использовать инструкцию MWAIT или инструкцию HLT. Это инструкции привилегированного уровня, и они не могут быть выполнены пользовательскими программами.

Инструкция MWAIT (Monitor Wait) заставляет процессор перейти в оптимизированное состояние (C-состояние) до тех пор, пока по указанному (с помощью другой инструкции, MONITOR) адресу не будет произведена запись. Для управления питанием MWAIT работает с регистром EAX. Биты 4-7 используются для указания целевого С-состояния, а биты 0-3 указывают суб-состояние.

Примечание: Я думаю, что на данный момент только AMD обладает инструкциями MONITORX/MWAITX, которые, помимо мониторинга записи по адресу, работают с таймером. Это еще называется Timed MWAIT.

Инструкция HLT (halt) останавливает выполнение, и ядро переходит в состояние HALT до тех пор, пока не произойдет прерывание. Это означает, что ядро переходит в состояние C1 или C1E.

Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?

Как отмечалось ранее, переходы между глубокими С-состояниями имеют высокие задержки и высокие энергетические затраты. Таким образом, такие переходы должны выполняться с осторожностью, особенно на устройствах, работающих от аккумуляторов.

Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?

Это возможно, но не рекомендуется. В даташите (секция 4.2.2, страница 64) есть примечание: «Долгосрочная надежность не гарантируется, если все энергосберегающие состояния простоя не включены». Поэтому вам не стоит отключать С-состояния.

Как прерывания влияют на процессор\ядро в состоянии сна?

Когда происходит прерывание, соответствующее ядро пробуждается и переходит в состояние С0. Однако, например Intel® Xeon® E3-1200 v5, поддерживает технологию Power Aware Interrupt Routing (PAIR), у которой есть два достоинства:
- для энергосбережения прерывание может быть переадресовано работающему ядру, чтобы не будить спящее ядро;
- для производительности прерывание может быть переадресовано от работающего на полную мощность ядра к простаивающему (С1) ядру.
P-состояния

P-состояния подразумевают, что ядро в состоянии С0, потому что ему требуется питание, чтобы выполнять инструкции. P-состояния позволяют изменять напряжение и частоту ядра (другими словами рабочий режим), чтобы снизить энергопотребление. Существует набор P-состояний, каждое из которых соответствует разных рабочим режимам (пары напряжение-частота). Наиболее высокий рабочий режим (P0) предоставляет максимальную производительность.

Процессор Intel® Xeon® E3–1200 v5 позволяет контролировать P-состояния из операционной системы (Intel® SpeedStep Technology) или оставить это оборудованию (Intel® Speed Shift Technology). Вся информация ниже специфична для семейства Intel® Xeon® E3-1200 v5, но я полагаю, это в той или иной степени актуально и для других современных процессоров.

P-состояния, управляемые операционной системой

В этом случае операционная система знает о P-состояниях и конкретном состоянии, запрошенным ОС. Проще говоря, операционная система выбирает рабочую частоту, а напряжение подбирается процессором в зависимости от частоты и других факторов. После того, как P-состояние запрошено записью в моделезависимый регистр (подразумевается запись 16 бит в регистр IA32_PERF_CTL), напряжение изменяется до автоматически вычисленного значения и тактовый генератор переключается на заданную частоту. Все ядра имеют одно общее P-состояние, поэтому невозможно установить P-состояние эксклюзивно для одного ядра. Текущее P-состояние (рабочий режим) можно узнать, прочитав информацию из другого моделезависимого регистра — IA32_PERF_STATUS.

Смена P-состояния мгновенна, поэтому в секунду можно выполнять множество переходов. Это отличает от переходов C, которые выполняются дольше и требуют энергетических затрат.

P-состояния, управляемые оборудованием

В этом случае ОС знает об аппаратной поддержке P-состояний и отправляет запросы с указанием нагрузки. В запросах не указывается конкретное P-состояние или частота. На основе информации от ОС, а также других факторов и ограничений оборудование выбирает подходящее P-состояние.

Я хочу рассказать об этом подробнее в следующей статье, но сейчас я поделюсь с вами своими мыслями. Мой домашний компьютер работает в этом режиме, я узнал это, проверив IA32_PM_ENABLE. Максимальный (но не гарантированный) уровень производительности — 39, минимальный — 1. Можно предположить, что существует 39 P-состояний. На данный момент уровень 39 установлен ОС как минимальный и как максимальный, потому что я отключил динамическое изменение частоты процессора в ядре.

Заметки про Intel® Turbo Boost

Поскольку TDP (расчетная тепловая мощность) — это максимальная мощность, которую процессор может выдержать, то процессор может повышать свою частоту выше базовой, при условии что энергопотребление не превысит TDP. Технология Turbo Boost может временно повышать энергопотребление до границы PL2 (Power Limit 2) на короткий промежуток времени. Поведение Turbo Boost может быть изменено через подсказки оборудованию.

Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?

Для примера, недавний MacBook Air с процессором i5-5350U в основном поддерживает возможности, описанные выше (но я не уверен про P-состояния, контролируемые оборудованием). Я также смотрел документацию ARM Cortex-A, и, хотя там применяются другие термины, механизмы управления питанием выглядят похоже.

Как это все работает, например, на Linux?

На этот вопрос я отвечу в другой статье.

Как я могу узнать состояние процессора?

Существует не так много приложений, которые могут выводить эту информацию. Но вы можете использовать, например, CoreFreq.

Электричество стало неотъемлемой частью жизни почти каждого человека на земле. Без него очень сложно становится производить различные действия, а потому электрификация постепенно охватывает даже самые удаленные уголки планеты. Однако население стран, как и за многие другие ресурсы, обязано платить, что становится проблемой, поскольку даже при низкой тарификации суммы выходят достаточно высокие. Особенно это касается стран СНГ, где в большей степени используются традиционные способы добычи электроэнергии и естественно наиболее дорогостоящие по себестоимости. В связи с этим в статье речь пойдет о том, как снизить расход энергопотребления компьютера, как наиболее интенсивно используемого устройства во многих домах. Наиболее эффективным для решения данной проблемы является ряд уникальных настроек, которые можно произвести внутри операционной системы.

Режим «SUSPEND TO RAM»

Среднестатистический компьютер, не обладающий уникальными компонентами аппаратной части, предназначенными для игр и видеомонтажа, требует для отображения информации на экране больше чем 70 Ватт. В связи с этим специалисты советуют производить регулярно отключение компьютера в автоматическом режиме таким образом, что использование памяти продолжается и запущенные приложения, документы и медиафайлы продолжают функционировать после включения. Называется такой режим «Suspend to RAM». Чтобы произвести настройки эконом режима следует через панель управления зайти в раздел «Электропитание» и выбрать пункт «Настройка плана электропитания», в котором достаточно просто установить значения интервала времени до перехода всего устройства в спящий режим. Такое отключение происходит при условии, что в течение установленного интервала времени не было какой-либо активности пользователя: дерганье мыши, нажатие клавиш и т.д. Эффективность данного способа неоспорима, поскольку тест выдал значение энергии в 1,4 Ватта при нахождении устройства в таком состоянии.

Автоматическое отключение дисплея

Функционал операционной системы Windows позволяет также производить отключение различных периферийных устройств через заранее установленный интервал времени по аналогии со спящим режимом компьютера. Производится данная настройка аналогично с предыдущим пунктом и на скриншоте показано, в каких именно строках устанавливаются значения. Активировав данную функцию можно снизить потребление энергии монитором до 0,1 Ватта в неактивном состоянии. Притом, что, будучи включенным, он требует до 30 Ватт. Важно устанавливать такие значения интервалов, чтобы частые отключения не мешали работать, поскольку монитор, отключившийся во время чтения документа, очень сильно помешает. Но и для максимальной экономии стоит подобрать кротчайшие интервалы. Считается, что значения в 3-5 минут вполне достаточно.

Настройка экономичного режима расходования электрической энергии допускает и установление динамического плана работы жесткого диска. Потребление энергии у обычного жесткого диска на 3,5 дюйма не высоко, но его частое отключение и выключение приводит к перенагрузке всей системы и соответственно большему потреблению ресурса. Войдя в раздел «Дополнительные параметры» из того же меню, что и в прошлых пунктах, можно установить необходимый интервал отключения для жесткого диска.

Использование компонентов с функцией экономией энергии.

На сегодняшний день компьютер стоит выбирать с учетом его предназначения. На игровом устройстве, конечно же, сэкономить не удастся, поскольку оно требует максимальной мощности и соответственно большего потребления энергоресурса. Первоочередным решением может стать отказ от использования отдельной видеокарты. Можно перейти исключительно на встроенную в центральный процессор, тем более на современных моделях интегрированный видеочип не хуже отдельных аналогов. Чтобы добиться максимальной производительности при минимальных затратах электроэнергии необходимо тщательно подбирать блок питания. Его КПД должен составлять более 80 процентов, что можно уточнить на корпусе устройства, а показатель мощности должен соответствовать совокупной нагрузке выдаваемой всеми компонентами аппаратной составляющей компьютера или превышать ее.

Понижение яркости дисплея

Тесты различных устройств показали, что любой монитор потребляет максимальную заявленную мощность при установлении на нем наибольшего значения яркости. Минимальная же планка, которая допускает просмотр без уставания зрительного аппарата, требует в два раза меньше энергоресурса. Наиболее эффективными в последнее время считаются экраны, которые обладают встроенным датчиком освещенности и в зависимости от данного параметра меняют яркость.

Соблюдая каждое из этих условий можно добиться снижения затрат на электричество и, как следствие, перераспределить данную статью расходов на другие нужды. В случае, если у вас возникли трудности с настройками системы на экономичное энергопотребление, всегда можно обратиться в сервисный центр, где специалисты внесут все необходимые изменения в систему.

Читайте также: