Principe 5: Evenredigheid van energie

Voltooid

De benutting is een meetwaarde waarmee kan worden gemeten hoeveel resources van een computer worden gebruikt. Dit wordt doorgaans aangeduid met een percentage. Een inactieve computer heeft een laag benuttingspercentage en wordt niet benut. Een computer die op volle capaciteit draait, heeft daarentegen een hoog percentage en wordt volledig benut.

De evenredigheid van energie is een meetwaarde voor de relatie tussen het vermogen dat in een computersysteem wordt gebruikt en de snelheid waarmee nuttige bewerkingen worden uitgevoerd (de benutting). Als het algehele energieverbruik in verhouding staat tot de benutting van de computer, dan wordt dit 'energieproportioneel' genoemd.

In een energie proportioneel systeem is de energie-efficiëntie een constante; Ongeacht het gebruik blijft de energie-efficiëntie hetzelfde. De energie-efficiëntie van hardware is niet constant. Dit hangt van de context af. Vanwege de ingewikkelde interacties van de vele verschillende onderdelen van een hardwareapparaat kan de efficiënte ook niet-lineair zijn. Dit betekent dat de relatie tussen vermogen en benutting niet proportioneel is.

Het verschil tussen vermogen en benutting.

Bij een benutting van 0% verbruikt de computer alsnog 100 W; bij een benutting van 50% wordt 180 W verbruikt en bij een benutting van 100% wordt 200 W verbruikt. De relatie tussen stroomverbruik en benutting is niet lineair en snijdt het begin niet.

Vanwege deze relatie zal de computer efficiënter worden in het omzetten van elektriciteit in bruikbare rekenbewerkingen naarmate u die computer meer benut. Door uw bewerkingen op zo min mogelijk servers uit te voeren met de hoogst mogelijke benutting kunt u de energie-efficiëntie van die servers maximaliseren.

Statisch stroomverlies

Er zijn verschillende redenen voor dit gebrek aan evenredigheid van energie, en een daarvan is statische machtstrekking.

Een inactieve computer verbruikt nog steeds elektriciteit, zelfs bij een benutting van 0%. Dit statische stroomverlies verschilt per configuratie en is niet voor alle hardwareonderdelen gelijk, maar bij alle onderdelen is in meer of mindere mate sprake van statisch stroomverlies. Dit potentiële stroomverlies is een van de belangrijkste redenen waarom computers, laptops en mobiele apparaten over energiebesparende modi beschikken. Als het apparaat inactief is, wordt op den duur een sluimerstand geactiveerd en worden de schijf en het scherm in de slaapstand gezet. Het is zelfs mogelijk dat de CPU-frequentie wordt gewijzigd. Met deze energiebesparingsmodi wordt weliswaar elektriciteit bespaard, maar er zijn ook nadelen aan verbonden, zoals trager opnieuw opstarten wanneer het apparaat uit de slaapstand wordt gehaald.

Servers worden doorgaans niet geconfigureerd voor agressieve of zelfs minimale energiebesparing. In veel use cases van servers is zo snel mogelijk een volledige capaciteit vereist in verband met een snel veranderende vraag. In dit scenario blijven veel servers inactief in perioden van weinig vraag. De kosten voor inactieve servers lopen op door zowel opgenomen koolstof als de inefficiënte benutting.

Kloksnelheid

De kloksnelheid (frequentie) is de operationele snelheid van een computer of de microprocessor daarvan, uitgedrukt in cycli per seconde (megahertz). Vaak wordt de kloksnelheid van rekenapparaten dynamisch aangepast voor consumentenapparaten om een betere evenredigheid van energie te bereiken.

Met de kloksnelheid wordt aangegeven hoe snel een computer instructies kan uitvoeren.

De energie-efficiëntie van microprocessors verandert op basis van de kloksnelheid. Hoge kloksnelheden zijn vaak minder energie-efficiënt dan lage kloksnelheden. In het I7-3770K-systeem kunt u bijvoorbeeld worden uitgevoerd op 3,5 GHz voor 50 W of ongeveer 5 GHz voor 175 W. Een toename van ongeveer 40% van de kloksnelheid vereist >3✕ stroomverhoging.

Wanneer we dit in ons achterhoofd houden, zal verlaging van de kloksnelheid in een periode van minder benutting de energie-efficiëntie verbeteren en daardoor dus ook de energie-efficiëntie van hardware.