Технологии энергосбережения в мобильных ПК
Технология Enhanced Intel SpeedStep
Режимы Deep Sleep и Deeper Sleep
Технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP)
Чипсеты для мобильных процессоров
Схема Minimal power management
огда говорят о мобильных ПК,
или, попросту, о ноутбуках, то первая ассоциация, которая приходит в голову,
— это портативный ПК, способный работать от встроенной батареи. Действительно,
возможность автономной работы от аккумуляторной батареи — одна из наиболее важных
характеристик современного ноутбука, определяющая его функциональность и мобильность.
Однако продолжительность автономной работы ноутбука от аккумуляторных батарей
напрямую зависит от размера ЖК-матрицы и от производительности процессора, то
есть чем более функциональным и производительным является ноутбук, тем меньше
он может работать автономно. Время автономной работы ноутбука от аккумуляторной
батареи несложно найти, разделив емкость батареи, выраженную в мВт·ч, на потребляемую
мощность, выражаемую в мВт:
Сегодня типичная емкость батареи составляет 65 120 мВт·ч. Соответственно для автономной работы ноутбука в течение 5 часов необходимо, чтобы средняя потребляемая им мощность не превышала 13 Вт. При этом необходимо учесть, что основными потребителями мощности в ноутбуках являются ЖК-матрица (около 33%), процессор (приблизительно 10%), чипсет (около 9%) и блок питания (почти 10%). Остальные компоненты ноутбука также потребляют мощность, но несколько меньше. В результате типичная потребляемая мощность для ноутбука на процессоре Intel Pentium III-M (чипсет Intel 830) составляет порядка 15 Вт, что не позволяет обеспечить долговременную автономную работу от батареи. Поэтому одна из основных задач разработчиков — уменьшение энергопотребления ноутбуков при сохранении их производительности и функциональности.
Для решения проблемы энергопотребления в корпорации Intel были созданы специальные версии мобильных процессоров, например Intel Pentium III-M, Intel Pentium 4-M и процессор Intel Pentium M для мобильных ПК с поддержкой технологии Intel Centrino. Они отличаются от своих собратьев для стационарных ПК (исключение составляет процессор Intel Pentium M, не имеющий аналога для стационарного ПК) средствами управления энергопотреблением, позволяющими увеличить продолжительность автономной работы ноутбука на мобильном процессоре. К таким средствам относится:
• технология Enhanced Intel SpeedStep;
• режимы ожидания Deep Sleep и Deeper Sleep;
• технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP).
Использование мобильных версий процессоров позволяет отчасти решить проблему производительности в совокупности с увеличением времени работы ноутбука от батареи.
Технология Enhanced Intel SpeedStep
лучшенная технология SpeedStep
(Enhanced Intel SpeedStep) дает пользователям возможность увеличить время автономной
работы от батареи за счет динамического изменения напряжения ядра процессора
и его тактовой частоты. Изменение условий работы процессора зависит от его загрузки
(степени утилизации), от температурного режима, а также от установленных пользователем
предпочтений через задания схемы энергопотребления (Power Schemes) в настройках
операционной системы.
В отличие от предыдущей версии технологии Intel SpeedStep, предусматривающей возможность работы мобильного процессора лишь на двух тактовых частотах, улучшенная технология Enhanced Intel SpeedStep определяет использование нескольких возможных напряжений питания и частот (в совокупности — рабочих точек), что позволяет достичь лучшего соотношения «напряжение/частота» и более эффективного режима функционирования, когда производительность согласуется с рабочей нагрузкой. В качестве примера на рис. 1 показаны возможные рабочие точки, предусмотренные технологией Enhanced Intel SpeedStep, для процессоров семейства Intel Pentium M.
Крайние рабочие точки процессора задаются аппаратно, а промежуточные точки устанавливаются программно. Управление переходами между различными рабочими точками выполняется только самим процессором и блоком регулятора напряжения (VRM). Для установки требуемого напряжения процессор Intel Pentium M посылает служебные VID-последовательности непосредственно в VRM-модуль. При этом не используются никакие другие компоненты системы при осуществлении перехода между рабочими состояниями процессора.
Переход между различными рабочими точками процессора, характеризующимися напряжением и частотой, происходит таким образом, чтобы обеспечивать работоспособность процессора в процессе самого перехода (который не может осуществляться мгновенно). Для того чтобы осуществить переход на более высокую тактовую частоту, сначала до требуемого уровня меняется напряжение процессора. Процесс изменения напряжения длится порядка 100 мкс, то есть является достаточно длительным. Чтобы сохранить работоспособность процессора при изменении напряжения, частота процессора при этом не меняется. Когда же напряжение изменится и достигнет требуемого уровня, происходит скачкообразное увеличение частоты процессора, которое длится порядка 10 мкс. Если требуется осуществить переход к меньшей частоте, сначала происходит практически мгновенное изменение частоты (в течение 10 мкс), а после этого постепенно уменьшается напряжение самого процессора — уже при неизменной частоте (рис. 2).
Всего в технологии Enhanced Intel SpeedStep рассматриваются четыре схемы энергопотребления:
• Maximum Performance Mode;
• Automatic Mode;
• Battery-Optimized Performance Mode;
• Maximum Battery Mode.
Схема Maximum Performance Mode — это режим по умолчанию работы ноутбука в случае питания от сети (внешнего источника питания). В этом режиме процессор работает на максимальной тактовой частоте, что обеспечивает максимальную производительность.
Схема Automatic Mode является схемой по умолчанию при автономной работе ноутбука от аккумуляторной батареи. В данном режиме средствами операционной системы определяется степень загруженности процессора и в зависимости от полученного значения динамически устанавливаются требуемые значения тактовой частоты и напряжения ядра процессора. Тем самым режим Automatic Mode обеспечивает баланс между производительностью ноутбука и временем автономной работы от батареи. Отметим также, что режим Automatic Mode автоматически устанавливается и при выборе схемы Battery-Optimized Performance Mode, если температура процессора превышает допустимый уровень, заданный в настройках BIOS.
Battery-Optimized Performance Mode — это режим работы ноутбука, устанавливаемый программным способом средствами операционной системы (Windows XP/Me/2000) через настройки схемы энергопотребления (Power Schemes). В данном режиме работы тактовая частота и напряжение процессора при выполнении им многих нересурсоемких задач понижаются до минимального значения, что позволяет существенно снизить энергопотребление (и соответственно увеличить время автономной работы от батареи) по сравнению с режимом работы процессора на номинальной тактовой частоте.
Ну и последний возможный режим работы — это Maximum Battery Mode. Данный режим, так же как и режим Battery-Optimized Performance Mode, устанавливается программным способом. При его выборе тактовая частота и напряжение процессора понижаются до минимального значения, что позволяет значительно снизить энергопотребление. Следует отметить, что в данном режиме процессор работает на пониженной тактовой частоте при любой степени загрузки. В результате за счет снижения производительности достигается максимально возможное время автономной работы от аккумуляторной батареи. Данный режим предназначен для тех случаев, когда для пользователей наиболее критично именно время автономной работы от батареи, даже в ущерб производительности ноутбука.
Автоматическое переключение между различными схемами энергопотребления (например, при отключении внешнего питания) происходит незаметно для пользователя, так как для этого требуется менее 0,001 с. Естественно, сам процесс переключения не нарушает режима работы всех запущенных приложений. Кроме того, переключение между различными режимами работы возможно и вручную. При использовании операционной системы Windows XP установка требуемого режима работы осуществляется через настройки схемы питания (Power Schemes) в диалоговом окне Power Options.
 |
|
Режимы Deep Sleep и Deeper Sleep
ругими средствами энергосбережения,
реализованными в мобильных процессорах, являются технологии Deep Sleep (глубокий
сон) и ее усовершенствованная версия Deeper Sleep (еще более глубокий сон).
Технология Deep Sleep известна также как режим C3 ACPI, а технология Deeper
Sleep — как режим C4 ACPI.
Эти технологии позволяют процессору динамически переключаться в режим минимально возможного энергопотребления. Так, для процессоров семейства Intel Pentium M в режиме Deeper Sleep напряжение питания ядра составляет от 0,705 до 0,785 В.
Переход в состояние Deeper Sleep происходит каждый раз, когда регулятор напряжения понижает напряжение ядра процессора по сигналу, получаемому от хаба ввода-вывода (I/O hub).
Несмотря на то что режим Deeper Sleep позволяет снизить общее энергопотребление компьютера, он никак не отражается на его производительности. Дело в том, что динамическое переключение в режим «спячки» происходит только в том случае, если система неактивна. К примеру, когда пользователь набирает текст, то в промежутках между нажатием клавиш (для компьютера это очень большие периоды времени) ноутбук неактивен и может динамически переключаться в режим Deeper Sleep. Вообще, переключение в режим Deeper Sleep происходит каждый раз, когда система неактивна менее 1 мс. Обратный переход из режима Deeper Sleep происходит практически мгновенно, как только система начинает проявлять активность.
В принципе режим Deeper Sleep полностью идентичен режиму Deep Sleep — за тем лишь исключением, что в режиме Deeper Sleep напряжение питания процессора снижается на 30% больше, чем в режиме Deep Sleep.
|
|
Технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP)
ntel Mobile Voltage Positioning (IMVP) — это технология интеллектуального регулирования напряжения (smart voltage regulation), позволяющая снижать напряжение ядра процессора при одновременном повышении питающего тока, что дает возможность поддерживать требуемый уровень производительности при одновременном снижении энергопотребления, а также обеспечивать условия, необходимые для режимов Deep Sleep и Deeper Sleep.
Технология IMVP также оказывает влияние на тепловыделение процессора (Thermal Design Power, TDP), которое должно поддерживаться в заданных пределах. Снижение TDP позволяет производителям ноутбуков использовать более мощные процессоры в тонких и компактных ноутбуках.
Не так давно корпорация Intel представила улучшенную версию технологии IMVP, которая называется IMVP-IV. В технологии IMVP-IV применяются инновационные методы, позволяющие еще больше снизить требования по энергопотреблению и TDP процессоров. Новую технологию поддерживают мобильные процессоры Intel Pentium 4-M и Intel Pentium M.
|
|
Чипсеты для мобильных процессоров
ля реализации всех технологий
энергосбережения (Enhanced Intel SpeedStep, Deeper Sleep, IMVP), заложенных
в мобильных версиях процессоров, необходима соответствующая поддержка со стороны
чипсета, то есть мобильные процессоры можно использовать только в совокупности
с соответствующими мобильными чипсетами. Так, для процессора Intel Pentium III-M
— это мобильный чипсет Intel 830, для процессора Intel Pentium 4-M — мобильная
версия чипсета Intel 845, а для нового процессора Intel Pentium M — семейство
мобильных чипсетов Intel 855.
Все мобильные чипсеты должны удовлетворять определенным требованиям, к которым относятся:
• поддержка интерфейса ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) версии 2.0;
• поддержка стандарта AMP (Advanced Power Management) версии 1.2, в котором определяются режимы нормального и пониженного энергопотребления процессора;
• возможность динамического управления частотой чипсета для снижения энергопотребления в периоды неактивности чипсета;
• поддержка режимов низкого энергопотребления чипсета;
• управление питанием AGP-порта.
|
|
Технология Centrino
оворя о технологиях энергосбережения
для мобильных ПК, нельзя не упомянуть о новом поколении ноутбуков, поддерживающих
технологию Intel Centrino. Эта технология представляет собой сочетание трех
основополагающих компонентов: процессора Intel Pentium M, ранее известного под
кодовым названием Banias, чипсета Intel 855 с прежним кодовым названием Odem
(а также чипсета 855GМ, чье кодовое название было Montara-GM) и интегрированного
беспроводного решения Intel PRO/Wireless network connection. При этом в новой
платформе впервые реализован комплексный подход, позволяющий объединить производительности,
жизнеспособность батарей, формфактор и возможность установления связи.
Основное преимущество новой платформы заключается в том, что ноутбуки с поддержкой технологии Intel Centrino сочетают в себе высокую производительность наряду с рекордно долгим временем автономной работы от батареи.
В основе платформы лежит принципиально новый процессор Intel Pentium M. Существует три его варианта: Intel Pentium M, Intel Pentium M Low Voltage (LW) и Intel Pentium M Ultra Low Voltage (ULV), различающиеся напряжением питания и возможными тактовым частотами.
Отличительной особенностью новой микроархитектуры процессора Intel Pentium M является сочетание высокой производительности при низком энергопотреблении и соответственно малом тепловыделении.
Кроме уже рассмотренных выше технологий энергосбережения, в процессоре Intel Pentium M реализована технология оптимизации энергопотребления процессорной шины, которая призвана снизить энергопотребление процессора. Как правило, процессоры оставляют свою системную шину в рабочем состоянии даже тогда, когда она не используется; при этом значительную долю энергии потребляют усилители считывания. Эти усилители применяются на шине данных (64 вывода), стробах данных (8 выводов) и для сигналов инверсии данных (4 вывода). Для оптимизации энергопотребления процессор Intel Pentium M включает усилители считывания только непосредственно при приеме данных и отключает их при отсутствии транзакций данных, что приводит к существенной экономии энергопотребления.
В наборе микросхем Intel 855 также используются следующие средства оптимизации энергопотребления:
• сниженное до 1,2 В (вместо 1,5 В) напряжение Vcc ядра процессора;
• управление питанием памяти;
• управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O;
• управление блоком FSB I/O;
• поддержка технологии DDR Read Throttling с помощью внешнего датчика температуры;
• управление вводом-выводом DDR I/O;
• сокращение питания в C3.
Управление питанием памяти DDR подразумевает отключение питания при любой возможности и использование оптимизированного метода управления страницами, при котором количество одновременно открытых страниц (что само по себе ведет к увеличению энергопотребления) сводится к минимуму.
Управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O заключается в использовании сигналов управления с тремя дискретными состояниями, в неполном запуске сигналов управления (во время циклов ожидания), а также в сокращении числа переключений линий управления.
Управление блоком FSB I/O состоит в уменьшении до 1,05 В (вместо 1,5 В) напряжения Vccp (перепад PSB) и в аппаратном стробировании для отключения.
Сокращение питания в C3 подразумевает возможность отключения интерфейса концентратора и Host PLL.
|
|
От теории к практике
знакомившись с основными технологиями
энергосбережения, предусмотренными в мобильных компьютерах, рассмотрим преимущества,
которые они позволяют получить. Для этого мы протестировали новый ноутбук на
базе технологии Intel Centrino компании ARBYTE.
Ноутбук ARBYTE 14M 
Ноутбук ARBYTE 14M имеет стильный дизайн в темно-серебристых тонах с металлическим оттенком. По своему дизайну (да и по внутреннему содержанию) модель ARBYTE 14M как две капли воды похожа на ноутбуки iRU Stilo 3014 и RoverBook Voyager E416. Все эти ноутбуки выполнены в однотипном корпусе с использованием одной и той же платформы.
Сразу отметим, что ноутбук прошел все необходимые ступени сертификации компании Intel, то есть по праву считается ноутбуком на базе технологии Intel Centrino. Напомним, что для получения такого сертификата необходимо, чтобы в ноутбуке присутствовали все три обязательных компонента платформы: процессор Intel Pentium M, чипсет семейства Intel 855 и модуль беспроводной связи Intel PRO/Wireless LAN 2100 стандарта IEEE 802.11b.
Построен ноутбук ARBYTE 14M на основе набора микросхем Intel 855GM с интегрированным графическим контроллером Intel Extreme Graphics. В базовой комплектации ноутбук поставляется с процессором Intel Pentium M с тактовой частотой 1,3 ГГц и 512 Мбайт оперативной памяти DDR266. Ноутбук оснащен жестким диском HITACHI_DK23EA-40 объемом 40 Гбайт.
Размер ЖК-матрицы составляет 14,1’’ по диагонали, а рабочее разрешение — 1024Ѕ768 точек, то есть по своим размерам (как и по функциональным возможностям) этот ноутбук может заменить полноценную производительную рабочую станцию. Регулировка яркости ЖК-матрицы позволяет менять яркость экрана с 64 до 105 кд/м2, что, в общем-то, можно рассматривать как определенный недостаток ноутбука. Дело в том, что минимальная яркость 64 кд/м2 является достаточно высокой и приводит к неоправданному расходованию энергии в режиме автономной работы ноутбука от батареи и, как следствие, к уменьшению времени работы от батареи. Так, экспериментальным путем установлено, что в условиях отсутствия внешней подсветки для комфортной работы за монитором ноутбука вполне достаточно яркости 12 кд/м2.
Функциональность ноутбука ARBYTE 14M подчеркивается большим количеством всевозможных портов ввода-вывода. Ноутбук оснащен тремя портами USB 2.0, VGA-разъемом для подключения внешнего монитора, разъемом S-видео, разъемом RJ-45 для подключения к внешней сети Ethernet 10/100Base-TX, разъемом RJ-11 для подключения к телефонной линии интегрированного модема, инфракрасным коммуникационным портом, разъемом интерфейса IEEE-1394 и PCMCIA-слотом type II.
Кроме того, на передней панели ноутбука имеется устройство для чтения флэш-карт (картридер).
Опционально ноутбук ARBYTE 14M оснащается CD-RW/DVD-ROM-комбоприводом, устанавливаемым в специальные отсек, куда при необходимости можно также установить второй жесткий диск или дополнительную батарею, причем в горячем режиме, то есть без перезагрузки ноутбука.
CD-RW/DVD-ROM-комбопривод согласован с удобной панелью управления, имеющей традиционные клавиши, используемые для прослушивания музыкальных компакт-дисков, а функция Audio DJ позволяет проигрывать аудиокомпакт-диски без включения ноутбука.
И еще на что хотелось бы обратить ваше внимание в ноутбуке ARBYTE 14M — это удобный сенсорный экран (TouchРad), для которого в комплекте с ноутбуком поставляется специальное ПО, позволяющее блокировать экран, настраивать его чувствительность и т.д.
Коммуникационные возможности ноутбука ARBYTE обеспечиваются сетевым контроллером VIA VT6105 Rhine III Fast Ethernet Adapter, беспроводным адаптером Intel PRO/Wireless LAN 2100 3B для подключения к беспроводной сети по протоколу 802.11b и программным модемом Smart Link 56K.
Светодиодные индикаторы на передней панели ноутбука разделены на две группы. Три индикатора зеленого свечения расположены непосредственно внизу экрана, а вторая группа из семи индикаторов сине-голубого свечения вынесена на передний край лицевой панели.
Для активации или блокирования модуля беспроводной связи имеются специальная кнопка и соответствующий индикатор. Это позволяет производить сканирование беспроводной сети по мере необходимости, что заметно экономит потребление энергии в режиме автономной работы.
В ноутбуке ARBYTE используется батарея с паспортной емкостью 65 120 мВт·ч. При этом реальная емкость, измеряемая утилитой Battery Eater 2003 v.0.99, оказалась чуть меньше и составила 63 592 мВт·ч.
После столь подробного описания функциональных возможностей ноутбука, отметим его незначительные недостатки (которые, кстати сказать, если хорошо присмотреться, можно найти практически в любом ноутбуке). Впрочем, возможно, это не столько недостатки, сколько особенности дизайна. Речь идет о том, что VGA-разъем для подключения внешнего монитора расположен на боковой панели ноутбука, что довольно неудобно при подключении толстого кабеля монитора. Гораздо логичнее было бы разместить его на задней панели ноутбука. Кроме того, боковые разъемы USB-портов перевернуты, и флэш-носители приходится подключать тоже в перевернутом состоянии, вследствие чего индикаторы активности не видны.
Во всем остальном ноутбук не вызывает никаких нареканий, а работа с таким устройством действительно доставляет удовольствие. Об этом свидетельствуют и конкретные цифры, полученные в ходе его тестирования.
BIOS ноутбука ARBYTE не отличается разносторонними возможностями. Во всяком случае жесткое задание режимов энергопотребления (Maximum Performance Mode, Automatic Mode, Battery-Optimized Performance Mode, Maximum Battery Mode), предусмотренных технологией Enhanced Intel SpeedStep, в BIOS не реализовано. Единственная имеющаяся возможность заключается в блокировании или в активации технологии Enhanced Intel SpeedStep. Впрочем, и здесь все не столь очевидно, как бы хотелось. Для активации технологии Enhanced Intel SpeedStep необходимо установить значение Enable параметра Geyservill. Дело в том, что технология Intel SpeedStep ранее была известна под кодовым названием Geyservill, которое используется до сих пор, хотя и редко. После того как технология Enhanced Intel SpeedStep активирована, задание режима энергопотребления осуществляется через настройки схемы питания (Power Schemes) в диалоговом окне Power Options (рис. 3).
Такой подход имеет очевидное преимущество: для того чтобы изменить режим энергопотребления, не нужно перезагружать ноутбук (что невозможно при задании режима через настройки BIOS).
Всего в операционной системе Windows XP предусмотрено шесть схем питания:
• Home/Office Desk;
• Portable/Laptop;
• Presentation;
• Always On;
• Minimal Power Management;
• Max Battery.
Эти схемы (по умолчанию) отличаются друг от друга временем (которое можно настраивать) до отключения монитора и жестких дисков и до перехода в состояния Standby при неактивности системы, а также, что значительно важнее, режимами энергопотребления процессора, предусмотренными технологией Enhanced Intel SpeedStep.
Напомним, что в технологии Enhanced Intel SpeedStep реализованы четыре схемы энергопотребления: Maximum Performance Mode, Automatic Mode, Battery-Optimized Performance Mode и Maximum Battery Mode. Таким образом, в конечном счете шесть схем питания, предусмотренных в операционной системе Windows XP, сводятся к четырем базовым схемам энергопотребления, определяемым технологией Enhanced Intel SpeedStep.
Однако однозначно сказать, какая схема питания, предусмотренная ОС Windows XP, соответствует той или иной схеме энергопотребления согласно технологии Enhanced Intel SpeedStep, не так-то просто. Поэтому мы провели всестороннее тестирование каждой из шести схем питания, чтобы выявить их особенности.
Методика тестирования
Тестирование технологии энергосбережения проводилось на базе ноутбука ARBYTE с поддержкой технологии Intel Cetrino. Для тестирования использовался тестовый пакет Future Mark MobileMark 2002.
Тест MobileMark 2002 запускался в режиме Battery and Performance Test, что позволило оценить производительность ноутбука при работе с офисными приложениями (рейтинг производительности) и время автономной работы от аккумуляторной батареи. При этом тест MobileMark 2002 запускался для каждой из шести схем питания. Кроме того, для получения корректных результатов в каждой схеме питания блокировалось время отключения монитора, жестких дисков и перехода в режим Standby.
Тестирование проводилось под управлением операционной системы Windows XP Pro SP1 (английская версия). Кроме того, на ноутбук устанавливались все последние Windows XP Hotfix (SP2), доступные на момент проведения тестирования. Также производилась настройка операционной системы на максимальную производительность. Из дополнительных утилит и драйверов использовались:
• утилита Intel Chipset Software Installation Utility версии 5.0.0.1018;
• утилита Intel Application Accelerator версии 2.2.0.2126;
• видеодрайвер для интегрированного видеоконтроллера Intel Extreme Graphics версии 6.13.01.3510.
Ноутбук тестировался с рабочим разрешением матрицы (1024Ѕ768 точек) и глубиной цвета 32 бит.
Перед началом тестирования в режиме с отключенным внешним питанием на ноутбуке производилась настройка яркости ЖК-матрицы с помощью яркомера Minolta CA-100. Яркость устанавливалась равной 64 кд/м2 (минимальное значение яркости для данного ноутбука).
Результаты тестирования
Результаты тестирования ноутбука ARBYTE 14М для каждой из схем питания показаны на рис. 4 и в табл. 1.
Кроме определения рейтинга производительности и времени автономной работы ноутбука, бенчмарк MobileMark 2002 позволяет определить схему энергопотребления процессора и среднюю тактовую частоту за время теста. Как видно по полученным результатам, для шести схем питания имеются всего три схемы энергопотребления процессора.
Схема Always On
Как и следовало ожидать, максимальная производительность и соответственно минимальное время работы от аккумуляторной батареи соответствуют схеме Always On. При выборе данной схемы тактовая частота процессора устанавливается равной максимальному значению и не меняется при загрузке процессора. Причем это справедливо как при питании ноутбука от внешней сети, так и при работе в автономном режиме. В этом можно убедиться, используя утилиту System Monitor, входящую в комплект операционной системы Windows XP.
На рис. 5 показаны графики изменения тактовой частоты процессора (кривая синего цвета) и степени утилизации процессора (кривая зеленого цвета) в зависимости от времени. Как видно, при любой степени утилизации процессора тактовая частота не меняется и составляет 1300 МГц как при питании ноутбука от внешней сети (рис. 5а), так и при питании от аккумуляторной батареи (рис. 5б).
Очевидно, что при выборе схемы Always On устанавливается режим Maximum Performance Mode, предусмотренный технологией Enhanced Intel SpeedStep.
Схема Home/Office Desk
При выборе схемы Home/Office Desk производительность ноутбука уменьшается почти на 10%, но в то же время длительность работы от батареи увеличивается на 44%. Такой результат достигается за счет того, что в этом режиме реализуется работа процессора на двух возможных частотах. Как следует из графиков (рис. 6), полученных с использованием утилиты System Monitor, при питании ноутбука от внешней сети процессор работает на максимальной тактовой частоте при любой загрузке процессора, то есть в данном случае реализуется режим Maximum Performance Mode. Но при работе в автономном режиме процессор, в зависимости от степени утилизации, может работать или на максимальной частоте 1300 МГц, или на частоте 600 МГц. Как видно из рис. 6, переход на более высокую частоту происходит при загрузке процессора на уровне 50-60%. Соответственно переход на более низкую частоту осуществляется также при уменьшении загрузки процессора до 60-50%.
Отметим, что бенчмарк MobileMark 2002 определяет для данной схемы питания режим энергопотребления процессора как Adaptive (Automatic). Очевидно, речь идет о режиме Automatic Mode, предусмотренном технологией Enhanced Intel SpeedStep.
Схема Portable/Laptop
При выборе схемы Portable/Laptop производительность ноутбука остается точно такой же, как и при выборе схемы Home/Office Desk. Различие заключается только во времени автономной работы: для схемы Portable/Laptop оно немного больше, что, впрочем, можно отнести к погрешности измерения.
Учитывая совпадающие результаты тестирования, можно предположить, что в схеме Portable/Laptop реализован такой же режим энергопотребления процессора, как и в схеме Home/Office Desk при работе ноутбука от батареи. Этот вывод подтверждается и тем обстоятельством, что бенчмарк MobileMark 2002 определяет для данной схемы питания режим энергопотребления процессора как Adaptive (Automatic), то есть это тот же самый режим, что и для схемы Home/Office Desk.
Графики изменения тактовой частоты и загруженности процессора, полученные с использованием утилиты System Monitor (рис. 7), свидетельствуют о том, что при работе ноутбука с питанием как от внешней сети, так и от аккумуляторной батареи процессор работает в двухчастотном режиме, то есть или на максимальной частоте 1300 МГц, или на частоте 600 МГц. Таким образом, при выборе схемы Portable/Laptop реализуется режим энергопотребления Automatic Mode. Основное же отличие от схемы Home/Office Desk заключается в том, что режим Automatic Modе устанавливается как при питании ноутбука от внешней сети, так и при питании от батареи.
Схема Minimal power management
Как выяснилось в ходе тестирования, схема Minimal power management абсолютно ничем не отличается от уже рассмотренной схемы Portable/Laptop. То есть при питании ноутбука и от аккумуляторной батареи, и от внешней сети устанавливается режим Automatic Modе энергопотребления процессора, при котором, в зависимости от степени утилизации процессора, возможна работа на тактовой частоте либо 1300, либо 600 МГц. Об этом свидетельствуют как графики зависимости тактовой частоты и степени утилизации процессора от времени, полученные с использованием утилиты System Monitor (рис. 8), так и результаты теста MobileMark 2002 (в пределах погрешности измерения они совпадают с результатами для схемы Portable/Laptop).
Схема Presentation
Presentation существенно отличается от уже рассмотренных схем. По результатам теста MobileMark 2002 производительность ноутбука при этой схеме питания на 44% ниже, а время автономной работы соответственно на 55% больше по сравнению со схемой Always On. Столь значительная разница в результатах тестирования объясняется тем, что при автономной работе реализуется многочастотная схема работы процессора. По графикам зависимости тактовой частоты и степени утилизации процессора от времени, полученным с помощью утилиты System Monitor (рис. 9), видно, что в автономном режиме работы тактовая частота процессора не превосходит 600 МГц при любой степени утилизации процессора. При этом минимальная тактовая частота составляет 225 МГц и, кроме того, имеется ряд промежуточных частот. Последнее обстоятельство вызывает некоторое недоумение. Дело в том, что в соответствии со спецификацией процессор Intel Pentium M 1,3 ГГц может работать на частотах 600; 800 МГц; 1,0; 1,2 и 1,3 ГГц (см. рис. 1) в различных режимах, предусмотренных технологией Enhanced Intel SpeedStep. Попутно отметим, что для всех процессоров семейства Intel Pentium M минимальная тактовая частота составляет 600 МГц. Естественно, возникает вопрос, откуда берутся частоты ниже 600 МГц?
Непонятным остается также и то обстоятельство, что по результатам теста MobileMark 2002 средняя тактовая частота процессора в данном режиме составляет 891 МГц, что явно противоречит предположению, что максимальная частота процессора не превышает 600 МГц. По всей видимости, разгадка данного парадокса кроется в том, что утилита System Monitor некорректно определяет частоту процессора в данном режиме энергопотребления.
Дело в том, что в соответствии со спецификацией процессор в данном режиме энергопотребления должен работать на минимальной частоте 600 МГц. Кроме того, предусмотрены и режимы Deep и Deeper Sleep. Прежде чем перейти в эти режимы, процессор переходит в режим простоя (Halt), когда тактирование приостанавливается, то есть циклы тактовой частоты вообще отсутствуют (процессор отключается от системной шины). Но любая утилита рассчитывает тактовую частоту процессора как среднее количество циклов в единицу времени, именно поэтому средняя частота процессора получается ниже 600 МГц — просто не учитываются промежутки времени, когда процессор приостанавливается и не тактируется.
В то же время результаты, полученные с помощью утилиты System Monitor, однозначно свидетельствуют о том, что в данном режиме энергопотребления процессор эффективно использует переходы в режимы Deep и Deeper Sleep, чего не наблюдается в других режимах. При этом еще раз подчеркнем, что в данном режиме энергопотребления процессор работает только на частоте 600 МГц.
Что же касается режима энергопотребления процессора, то результаты теста MobileMark 2002 показывают, что это режим Degrade (Maximum Battery), или, если придерживаться классификации, принятой в технологии Enhanced Intel SpeedStep, — Maximum Battery Mode.
В режиме работы ноутбука от внешней сети реализуется уже знакомый двухчастотный режим работы (1300 и 600 МГц), то есть процессор работает в режиме энергопотребления Automatic Mode.
Схема Max Battery
Данная схема практически не отличается от уже рассмотренной схемы Presentation. Об этом говорят и результаты тестирования бенчмарком MobileMark 2002 и графики, полученные с помощью утилиты System Monitor (рис. 10). Так, при работе ноутбука от внешней сети реализуется двухчастотный режим работы процессора (режим Automatic), а при работе ноутбука от аккумуляторной батареи — режим Maximum Battery Mode. Как и в рассмотренном ранее примере для схемы Presentation, вызывает большие сомнения достоверность данных утилиты System Monitor в режиме автономной работы ноутбука. Помимо того, что это не согласуется с теоретическими данными, характер изменения тактовой частоты процессора от степени его загрузки выглядит неправдоподобно. Как видно из рис. 10, при практически нулевой утилизации процессора его тактовая частота может составлять 600 МГц (максимальное значение), а при 100-процентной загрузке процессора может непредсказуемо снижаться. Столь нелогичное поведение процессора только подтверждает наше предположение о некорректной работе утилиты System Monitor в данном режиме энергопотребления.
Выводы
Итак, по результатам тестирования можно сделать следующие важные выводы.
Во-первых, шесть схем питания, предусмотренных ОС Windows XP, сводятся к трем схемам, реализованным в технологии Intel SpeedStep (табл. 2).
Во-вторых, как показало наше тестирование, большое сомнение вызывает корректность работы утилиты System Monitor в режиме Maximum Battery Mode.
В-третьих, в режиме Maximum Battery Mode реализуется работа процессора на частоте 600 МГц с периодическими переходами процессора в режимы Deep и Deeper Sleep с приостановкой тактирования.
В целом же в ходе тестирования сложилось впечатление, что на настоящий момент реализованы не все возможности технологии Enhanced Intel SpeedStep. Так, не реализованы возможности работы процессора в многочастотном режиме, то есть на частотах выше 600 и ниже 1300 МГц. Впрочем, связывать это с конкретным ноутбуком было бы абсолютно неправильно — это проблемы операционной системы Windows XP и отсутствия соответствующих драйверов. Возможно, в скором времени компании Intel и Microsoft решат эту проблему, что позволит еще больше продлить время автономной работы ноутбуков с поддержкой технологии Intel Centrino.
Редакция выражает признательность компании ARBYTE (www.arbyte.ru, тел.: (095) 725-8008, 424-7654, 956-6833) за предоставление ноутбука для проведения тестирования. |
