Blog Alkis Blog #23 - Der Stromblog

Dieses Mal hats dank Urlaubszeit nicht so lange gedauert bis ich einen Eintrag nachlege – diesen wie üblich überdurchschnittlich langen Blog hab ich mal scherzhaft den „Stromblog“ genannt. Da dieses Thema im Forum wirklich allgegenwärtig ist, sei es bei den unzähligen „reicht mein Netzteil“-Threads oder bei den elenden Diskussionen wie viel günstiger die Karte von Hersteller A doch auf Dauer ist wenn sie ein paar Watt weniger verbraucht als eine gleich schnelle von Hersteller B möchte ich hier mal einige Zeilen einschließlich eigener Messwerte und Auswertungen / Berechnungen loswerden. Außerdem hat mich die im vorangehenden Blog genannte Effizienz des GK110-Vollasubaus dermaßen beeindruckt dass ich der Theorie nicht so richtig glauben mag und es genauer wissen will.


Dazu gibt’s übersichtshalber folgende Abschnitte:
1.) Messungen und Realverbrauch einer High-End Maschine
2.) Überlegungen zu den Messwerten
3.) Verbrauch gegen Stromkosten
4.) NVidias PowerTarget und Gigabytes 780TiOC unter der Lupe





1.) Messungen und Realverbrauch einer High-End Maschine
Bevor wir über Stromverbräuche und Kosten diskutieren können müssen erst mal ein paar Zahlen da sein. Praktischerweise habe ich sowohl eine PC-Stromschleuder hier stehen als auch geeignetes Messgerät an der Hand. Um kurz die Gegebenheiten zu umschreiben zwecks Vergleichbarkeit:
Es handelt sich um einen 3930K @ 4,2 GHz bei 1,265 v auf einem ASUS P9X79er Brett mit 16 GB RAM. Weiterer Hauptverbraucher ist die bereits genannte GTX780Ti Windforce OC von Gigabyte (siehe Blog #22), als Kleinverbraucher wären zwei Festplatten, zwei SSDs und insgesamt 4 langsam drehende Lüfter zu nennen. Energiespender ist ein BQ Dark Power Pro P10 650 W.


Die Messungen finden per Leistungsmessgerät direkt vor dem Netzteil statt, es wird also nur der PC ohne andere Verbraucher gemessen. Bei allen Messwerten gebe ich den tatsächlich gemessenen Wert zum jeweiligen Lastzustand an, zusätzlich einen aus der Effizienzkurve des Netzteiles am Lastpunkt näherungsweise errechneten Realverbrauch der Hardwarekomponenten. Alle Werte werden dabei auf 5 W gerundet da Schwankungen sowie die Messungenauigkeit des Gerätes ohnehin keine genaueren Ergebnisse zulassen. Was die Schwankungen angeht: Ich nehme immer den höchsten angezeigten Wert am jeweiligen Lastpunkt, bevor gemessen wird gibt’s immer brav eine „Aufwärmphase“ bis die Komponenten ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Also, los geht’s!




2.) Überlegungen zu den Messwerten

Da sind sie also, die Zahlen – und halten die eine oder andere Überraschung bereit.

Angefangen bereits beim ausgeschalteten Zustand. Ich wusste ja, dass PCs relativ viel Strom benötigen wenn sie ausgeschaltet sind da einige Mainboardteile (etwa der Netzwerkcontroller) unter Umständen nicht abgeschaltet werden und ein paar Stützströme benötigt werden, des Weiteren ist der Wirkungsgrad von so starken Netzteilen im Bereich von 10W natürlich sehr gering. Trotzdem weiß ich jetzt wieder wofür ich meine Steckerleiste habe, die nicht nur den PC sondern auch TFT, Soundanlage und ein paar Kleinverbraucher durch mechanischen Schalter komplett vom Netz trennt.

Beim Idlezustand gibt’s dagegen wenig neues, um die 80W hatte ich erwartet und die wurdens auch in etwa.
Erwähnenswert ist, dass offenbar die Berechnung für den Stromverbrauch der CPU die vom „HWMonitor“ vorgenommen wird erstaunlich gut stimmt. Das Programm gibt Werte um die 175 W aus unter Vollast für die CPU – wenn ich den Realverbrauch von CoreDamage nehme und den Idlewert des gesamten PCs abziehe sowie grob 10 W draufrechne die die CPU im Idle mitverbraucht hat komme ich rechnerisch ebenfalls auf ca. 170 W. Wunderbar, sowohl das Programm als auch ich scheinen irgendwas richtig zu machen.

Was man auch so überschlagen kann ist der Verbrauch von Mainboard und RAM, welche bei CoreDamage quasi nicht und bei Prime95 stark belastet werden. Der Unterschied liegt bei groben 50 W zwischen den beiden Szenarien und bestätigt damit unsere gern genommene Faustregel bei der Netzteildimensionierung „Restsystem und Kleinverbraucher rechneste übern Daumen 50W drauf“. Auch hier liegen die PC-Bauer bei uns richtig.

Erschrocken hat mich der sehr hohe Verbrauch wenn das System künstlich voll ausgelastet wird mit Prime+Furmark, die 780Ti schlägt hier voll zu und das bereits mit Standard-PowerTarget. Dazu aber im vierten Kapitel genaueres. Eine Entwarnung gibt’s aber sofort: Der Verbrauch in der Spielepraxis liegt deutlich unter den theoretischen Belastungstools, sowohl ein maximal aufgeblasenes Skyrim als auch ein maximiertes Crysis3 kommen nicht über 70% der durch Tools künstlich erzeugten Maximalaufnahme hinaus. Dieser Prozentsatz wird vermutlich bei kleineren CPUs heutzutage etwas höher liegen, schließlich schaffen die beiden Spiele kaum 50% CPU-Last bei einer 12-Thread-CPU und werden entsprechend bei Vierkernern näher an der Vollauslastung sein, dennoch: Zwischen Prime95+Furmark und einem echten Spiel liegen was die Leistungsaufnahme angeht wie erwartet Welten.

Wenn man wirklich alles ausreizt was ohne große Kapriolen möglich ist und das PowerTarget zusätzlich auf die bei der Gigabyte-Version der 780Ti möglichen 116% anhebt haut das System beachtliche 625 Watt weg, was schon nahe an der Nennleistung meines Netzteiles rangiert. Wenn ich es auf die Spitze treiben und meine CPU mit Spannungen um die 1,4 bis 1,5 v und daraus resultierenden 4,8 bis 5 GHz betreiben würde könnte es mir sogar gelingen das Netzteil zu überlasten, die 700W wären hier in Reichweite.

Das wollte ich jetzt nicht unbedingt ausprobieren, das Beispiel zeigt aber dass man auch mit „gewöhnlichem“ OC unter Luft mit High-End Hardware im Extremfall durchaus sehr hohe Verbräuche erreichen kann und entsprechend oft empfohlene 500 oder 600 W-Netzteile nicht mehr reichen könnten (obwohl sie das in Spielen wie schon gesehen natürlich problemlos tun) – in meinem Extremszenario wäre schon ein P10 750 W nötig, mit zwei solcher Grafikkarten müsste man schon in den vierstelligen Bereich gehen um solche Fälle abzudecken.




3.) Verbrauch gegen Stromkosten

Nun da klar ist, was die Maschine so frisst, wollen wir mal kurz überschlagen was das Gerät so an Stromkosten verursacht. Da ein PC ohne Bildschirm und Soundanlage nicht viel hilft schlage ich für diese Komponenten nochmal pauschal 100 W drauf was der gemessenen Realität bei mir im Mittel sehr gut entspricht. Als „Nutzungsprofil“ eines (nicht zu Hause) Vollzeitbeschäftigten Nerds lege ich hier mal großzügige 6 Stunden pro Tag on-Time an, bestehend aus je 4 Stunden idleartigen Arbeiten (Office, Internetaufgaben, Musik/Video, im PCGHX-Forum Doppelposts zusammenkleben, ihr wisst schon ) und 2 Stunden zocken. Den Verbrauch wenn der PC aus ist setze ich dank Steckerleiste einfach mal auf Null.

In dem Falle käme man am Tag auf folgenden Verbrauch:
2/3 * (100 W + 85 W) + 1/3 * (100 W + 440 W) * 6 h = 1840 Wh = 1,84 kWh
Bei einem Stromverbrauch von 25 cent/kWh käme man so auf jährliche Kosten von
1,84 kWh/d * 365 d * 25 cent/kWh = 167,90 €
beziehungsweise auf 14 € pro Monat.

Da nun immer wieder von Stromkosten und sparsameren Grafikkarten diskutiert wird hier der Vergleich wenn man die gleiche Rechnung mit einer R9 290X durchführen würde und ich dieser unterstelle, dass sie unter Last großzügige 50 W mehr verbrät.
Es ergibt sich folgendes:
2/3 * (100 W + 85 W) + 1/3 * (100 W + 490 W) * 6 h = 1920 Wh = 1,92 kWh
Bei einem Stromverbrauch von 25 cent/kWh käme man so auf jährliche Kosten von
1,92 kWh/d * 365 d * 25 cent/kWh = 175,20 €
beziehungsweise auf 14,60 € pro Monat.

Also schönen Gruß an die, die ihre 780Ti momentan über den etwas geringeren Verbrauch rechtfertigen wollen, die Karte spart bei diesem Nutzungsprofil grandiose 60 Cent pro Monat beziehungsweise rund 7 € im Jahr an Energiekosten.

Viel mehr will ich das Thema auch gar nicht aufblasen, es ging mir nur darum aufzuzeigen wie hoch die Stromkosten eines High-End PCs bei „normaler“ Nutzung etwa sind und wie gering der Unterschied ist ob eine Grafikkarte nun 250 oder doch 300 W verbrät unter Vollast.
AMD wie auch NVidia bieten ja mittlerweile auch Regler an, die der Grafikkarte den erlaubten Stromverbrauch befehlen können, was in dieser ausgeprägten Form (stellenweise +/- 50 %!) recht neu auf dem Markt ist. Wie gut das Ganze funktioniert (oder auch nicht) möchte ich im nächsten Kapitel untersuchen – und dabei feststellen ob der GK110-Vollausbau tatsächlich so effizient ist wie im letzten Blog vermutet oder da nur im PowerTarget ein wenig rumgetrickst wird.



4.) NVidias PowerTarget und Gigabytes 780TiOC unter der Lupe

Um hier einen Einblick zu erhalten bedarf es zunächst wieder neuer Messwerte aus denen man möglichst gut auf die Leistungsaufnahme der GPU schließen kann. Um das zu erreichen wurde bei in Abschnitt 1 genannten Randbedingungen folgendes getan, da ich nicht die technischen Mittel habe die Grafikkarte alleine zu messen (Stromzange am PCIe ginge noch aber den PCIe-Slot selbst messen ist ohne Spezialhardware nicht drin):

Da der Furmark auch einen CPU-Thread für sich beansprucht kann das Idle-Setting nicht herangezogen werden denn die CPU fährt beim Start des Furmarks auf ihren vollen Takt hoch. Um vergleichbar zu bleiben laste ich also den PC mit Prime95 aus und reserviere per Task-Manager einen Thread nur für den Furmark (das ist im Übrigen auch oben bereits passiert da sich der Furmark und Prime sonst etwas im Weg stehen und die Grafikkarte nicht voll belastet wird – hier muss es aber erwähnt werden).

Auf diese Weise kann ich mit verschiedenen PowerTarget-Einstellungen durchmessen und einfach den oben ermittelten Wert für Prime95 „alleine“ abziehen. Das stimmt nicht 100%tig, da der eine Thread von Prime95 den ich für den Furmark reservieren musste auf der CPU etwas mehr Leistungsaufnahme produziert als der Furmarkthread selbst, der Unterschied liegt aber im Einstelligen Wattbereich (erkennbar wenn Prime95 mit 11 statt 12 Threads läuft, ist auch nur ein einstelliger Unterschied).

Die in folgender Tabelle notierten Verbrauchswerte habe ich dabei für die Grafikkarte alleine sozusagen ermittelt. Auch notiert sind die „tatsächlichen“ Prozentwerte, die die Karte an Strom aufnimmt, den Verbrauchswert für „100%“ PowerTarget habe ich dabei auch als 100% definiert, die anderen Werte beziehen sich auf diesen. Folgende Messwerte hab ich abgelesen:

Zu allererst ist festzuhalten, dass sich die GTX780Ti mehr Leistungsaufnahme gönnt als die üblicherweise genannten 250 W TDP der Karte. Ich komme hier auf gemessene 280 W bei Standard-Powertarget wobei das wohl der Werksübertaktung der Karte geschuldet sein dürfte. Ich weiß nicht genau wie das hier geregelt wird, denn wenn das PowerTarget von 100% = 250 W bedeutet dann darf die Karte dieses auch mit Werks-OC nicht überschreiten und im Zweifel das OC zurücknehmen. Da das BIOS der Karte aber von Gigabyte modifiziert wurde hat der Hersteller hier wohl 30W mehr erlaubt und als 100% deklariert. Das ist kein Beinbruch und ein erstes Anzeichen dafür, dass die von mir im letzten Blog so gelobte Effizienz doch nicht ganz so extrem gut ist da die Karte einen höheren TDP-Referenzwert eingetrichtert hat als den, den ich angenommen hatte.

Noch extremer wird es wenn das PowerTarget aufs Maximum angehoben wird das bei dieser Karte bei ganzen 116 % liegt. Hier liegen 345 Watt an was sogar noch mehr als das erlaubte ist, die Karte genehmigt sich hier rund 123 % des Standard-Powertargets bis mal darüber nachgedacht wird den Takt zu reduzieren. Auch das ist aber vertretbar, denn diese Obergrenze wird auch mit weiterem händischen OC zumindest unter Luft in Spielen niemals erreicht, nur der Furmark schafft das. Selbst mit 1250 MHz und 50 Millivolt mehr Spannung was das äußerste ist was geht erreicht die Karte dieses Limit in Crysis 3 beispielsweise nicht (schwankt zwischen angezeigten 110 und 115 %) und hält den eingestellten Takt entsprechend konstant durch.

Nach unten hin bietet sich ein sehr schönes Bild, 90% bis 60% PowerTarget werden mit sehr kleinen Abweichungen nach oben gut „getroffen“, die Leistungsregulierung der Karte funktioniert einwandfrei und exakt. Bei der 50%-Einstellung gibt’s hingegen einige Schwierigkeiten da die Karte in den unteren Taktbereichen nur noch große Sprünge machen kann und den Takt nicht mehr fein justieren kann wie es in den oberen 300 MHz der Fall ist. Das resultiert darin, dass das gewünschte PowerTarget in diesem Falle recht deutlich unterschritten wird und starken Schwankungen unterliegt, wohlgemerkt wird es aber niemals mehr als 2% überschritten.

Also hier die leicht revidierte Effizienzbegutachtung bei verringertem PowerTarget:
Noch immer schafft die Karte in spielen mit einem PowerTarget von nur 60% die Leistung einer GTX TITAN und hält beinahe ihren maximalen OC-Takt bei 80% PowerTarget und ist somit hier bereits schneller als alle aktuell erhältlichen Karten am Markt (im Standardtakt). Dabei wird für TITAN-Leistung nur 170 W abgerufen, die Titan verbraucht laut PCGH bei Spielelast 214 Watt, was einer Effizienzsteigerung von 26% entspricht – noch immer beeindruckend wenn auch nicht mehr ganz so extrem wie im letzten Blog angenommen.

Beim Vergleich zur Referenz-780Ti stehen 225 W gegen im PCGH-Testlabor gemessene 248 W im Raum, was einer Effizienzsteigerung von noch immer mindestens 10% entspricht. "Mindestens" deswegen, weil die Windforce-Karte mit 80% PowerTarget mindestens 100 MHz mehr GPU-Takt dauerhaft halten kann als die Referenz 780Ti und damit noch merklich schneller ist, insgesamt dürften auch hier noch 20% Effizienzsteigerung drin sein.

Ich weiß wie schon im letzten Blog erwähnt nicht ob ich einfach eine sehr gute Karte erwischt habe oder ob alle Windforces derart effizient sind wenn das PowerTarget reduziert wird, beeindruckend ists aber allemal.




So, nachdem ich nun mal wieder einen seitenlangen Text aus meiner Tastatur gepresst habe hoffe ich, dass nicht alles umsonst war und den Satz hier überhaupt noch jemand liest. Aber auch wenn nicht – immerhin hab ich jetzt das nerdige Gewissen beruhigt und weiß ziemlich genau, was in welchen Teilen meines PC so strommäßig los ist… und dass der „Sicherheitsgriff“ zum 650er-Modell des P10 statt dem eigentlich ausreichenden 550er doch die richtige Entscheidung war.

Wie immer bei Anregungen, Fragen oder Kritik die Kommentarfunktion zuspammen.

ich bin wie immer begeistert deinen blog zu lesen und freue mich schon auf den nächsten.

also vielen danke und einen guten rutsch ins neue jahr.

Vielen Dank^^
Könnte aber dieses mal etwas länger dauern, mein Urlaub ist vorbei am 2. Januar und die Themen gehen mir auch aus

Danke das du dir die Mühe für den Blod gemacht hast, war interessant zu lesen.

Thx

Auch hier herzlichen Dank für den Test. Eine Anmerkung meinerseits, du sagst @ 60% hat sie die Leistung einer Titan, welche Taktrate der Titan haste hier zum Vergleich hinzugezogen?
Die boostet ja ab Werk auf 993MHz wenn dort die Zügeln ein wenig gelockert werden. (TT höher gestellt und eventuell PT leicht erhöht, letzteres muss aber glaub ich nicht sein.)
Hier gibt es dazu ja auch einige Anhaltspunkte http://extreme.pcgameshardware.de/a...orce-3x-kit-gut-gespielt-gut-gekuehlt.html#o1

Bei der Titan hab ich wenn ich mich recht entsinne den Standard Boosttakt (876 MHz) genommen - klar kann man den Titanen auch noch höher treiben und/oder durch anpassungen seine Effizienz steigern.

Das sind aber sowieso nur grobe Anhaltspunkte in welchen leistungsregionen man sich in etwa bewegt, sprich jetzt genau zu sagen "entspricht Titan bei 820 MHz oder 880 MHz" ist sicherlich nicht haltbar, es geht nur darum dass man in etwa dort landet.

Edit: Hier ist der Satz aus Blog 22:
"Wenn mans auf die Spitze treibt und nur noch 60% Leistungsaufnahme [...] schafft die Karte noch immer Taktraten zwischen 850 und 900 MHz bei unter einem Volt Spannung - das ist immer noch fast die Leistung der Referenz-780Ti und vergleichbar mit der Leistung einer Titan!"