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Stromverbrauch von PC-Komponenten

Vor noch gar nicht so langer Zeit war der Prozessor die leistungshungrigste Komponente in einem aktuellen Computer. Intels Pentium 4 genehmigte mit zwei Rechenkernen gut doppelt so viel Strom wie ein moderner Quadcore-Prozessor mit einem vielfachen der damaligen Leistung. Wer seinen PC allerdings nicht nur für die Arbeit sondern auch für Spiele nutzt, wird immer öfter feststellen, dass Grafikkarten den CPUs den Rang abgelaufen haben.

Stromverbrauch von Grafikkarten

Moderne Grafikbeschleuniger verfügen über bis zu 2000 einzelne Rechenkerne. Diese sind zwar für sich gesehen im Vergleich zu einem CPU-Kern deutlich weniger leistungsstark, machen diesen Nachteil aber durch pure Masse wieder wett. Auch die Transistormenge einer Highend-Grafikkarte übersteigt die einer CPU bei weitem, so dass auch mit einer höheren Leistungsaufnahme gerechnet werden muss.

Es ist zwar erfreulich, dass auch bei den beiden großen GPU-Herstellern Nvidia und AMD ein Trend zu effizienteren Grafikchips zu beobachten ist. Dennoch nehmen spieletaugliche Grafikchips auch weiterhin zwischen 120 und 190 Watt elektrischer Energie auf und wandeln einen Großteil davon direkt in Abwärme um. Letzter Fakt erklärt die ausufernd großen Lüftungssysteme vieler Spieler-Grafikkarten – immerhin hält sich inzwischen die Lautstärke oft in Grenzen. Topmodelle auf denen gleich zwei vollwertige Grafikchips arbeiten, genehmigen sich auch schon einmal bis zu 380 Watt, dagegen wirken selbst die 120 Watt einer AMD-Bulldozer-CPU vergleichsweise harmlos.

Stromverbrauch von PC-Komponenten

Stromverbrauch von PC-Komponenten @iStockphoto/JazzIRT

Diese Energiemengen werden allerdings nur benötigt, wenn die Grafikkarte gerade 3D-Welten berechnet oder zur Beschleunigung von klassischen CPU-Aufgaben wie der Umwandlung eines Videos in ein anderes Format genutzt wird. Befindet sich der Nutzer nur auf dem Desktop, schreibt er einen Text oder surft er auf Internetseite, befinden sich die Karten in verschiedenen Ruhemodi. In diesen sinkt die Taktfrequenz der GPU und des Grafikspeichers auf recht niedrige Werte, die GPU wird mit einer geringeren Spannung versorgt und der Energiebedarf sinkt auf 15 bis 25 Watt. AMD hat zudem noch einen weiteren Stromspar-Trumpf in der Hinterhand: Befindet sich der an die Grafikkarte angeschlossene Monitor im Ruhezustand, kann die Grafikkarte in einen erweiterten Stromsparmodus fallen, bei dem GPU, Grafikspeicher und sogar der GPU-Lüfter komplett ohne Energie auskommen. Ein paar Watt „Standby-Strom“, um später überhaupt wieder aufgeweckt werden zu können quasi, nehmen die Karten allerdings weiterhin auf – dabei handelt es sich aber um gerade einmal 3 bis 5 Watt. Der Rechner bleibt in der Zeit aber zumindest passiv nutzbar: laufende Downloads beispielsweise werden weiterhin durchgeführt. AMD implementiert diese „Zero Core Power“ genannte Funktion in alle Modelle mit der neuen GCN-Architektur, also in viele Karten der Serie Radeon HD 7000.

Stromverbrauch von CPUs

Prozessoren nehmen den zweiten Platz in der Energie-Rangfolge im PC ein. Wer ein wenig Strom sparen will und die Rechenleistung seines Computers oft ausreizt, sollte sich für einen Prozessor der aktuellen Intel-Serien entscheiden. Diese bieten nicht nur enorm viel Rechenleistung (spart bei zeitintensiven Aufgaben wie Videoumwandlung Zeit und damit ebenfalls Strom) sondern nehmen sowohl unter Last als auch ohne Last nur sehr wenig Energie auf. 77 Watt inklusive der bereits fest integrierten GPU unter voller Last sind für einen mächtigen Vierkernprozessor ein sehr beeindruckender Wert. Noch mehr Strom lässst sich sparen, wenn die geringer getakteten „S“-Modelle genutzt werden – diese benötigen nur noch 35 Watt unter Last, brauchen für einige Aufgaben aber auch länger, was den Spareffekt unter Umständen ad adsurdum führt.

AMDs Bulldozer- und Piledriver-Prozessoren der aktuellen FX-Baureihen hingegen sind wahre Schluckspechte unter Last: Mehr als 120 Watt genehmigen sich die Topmodelle bei Rechenaufgaben. Bei alltäglichen Desktop-Arbeiten hingegen sind sie vergleichbar sparsam wie Intels Core-i-CPUs. Wer AMD die Treue halten möchte, sollte daher nicht unbedingt zum großen Achtkern-Topmodell der FX8x00-Reihe greifen sondern besser ein Modell mit sechs Cores, einen FX-6×00, wählen. Diese sind zwar immer noch recht flott, kommen aber mit 95 Watt aus. Das Verhältnis von Energieaufnahme zu gebotener Leistung ist bei AMD allerdings generell nicht sonderlich gut ausgeprägt, Intel liefert hier aktuell deutlich bessere Technik fürs Geld.

Stromverbrauch von APUs

Anders sieht es aus, wenn gelegentlich etwas 3D-Power und ansonsten nur durchschnittliche CPU-Rechenleistung gefordert ist. Nutzt die Grafikbearbeitung oder das Videoschnittprogramm die GPU zur Berechnung einiger Aufgaben, können die Shadereinheiten einer GPU jede CPU überflügeln und dabei sogar Energie sparen helfen. Zwar bietet auch Intel mittlerweile Prozessoren mit integrierter GPU an, deren Leistung und vor allem deren Treiber entsprechen aber nicht ganz den aktuellen Standards, so dass einige Anwendungen nicht oder nur unzureichend beschleunigt werden können. Eine bessere Wahl sind da AMDs APUs, „Accelerated Processing Units“. Dabei handelt es sich ebenfalls um Prozessoren mit integrierter Grafikeinheit. Die aktuelle Version mit dem Codenamen „Trinity“ nutzt dafür bis zu vier Rechenkerne mit „Piledriver“-Innenleben und bis zu 384 Shadereinheiten mit VLIW4-Architektur wie sie bei AMDs Radeon HD 69×0-Grafikkarten zum Einsatz kam.

So bietet Trinity ausreichend CPU-Leistung und ebenfalls für viele Anwendungen ausreichend GPU-Power bei einer Energieaufnahme von bis zu 100 Watt. Etwas geringer getaktete Versionen kommen sogar mit nur 65 Watt aus, bieten aber immer noch ausreichend Leistung. Diese CPUs haben gleich zwei Vorteile, zumindest wenn keine maximale Rechenleistung gefordert ist: Sie sind vergleichsweise günstig und der Nutzer spart sich eine dedizierte Grafikkarte, die mindestens 40-50 Watt zusätzliche Energie aufnehmen würde. Für Heimkino-PCs (HTPCs) und Bürorechner an denen nach Feierabend ein wenige gespielt werden soll sind diese APUs daher perfekt geeignet, zumal viele moderne Spiele mit etwas reduzierten Details auch in 1920 x 1080 Pixel gut laufen.

Stromverbrauch von Festplatten und SSDs

Sollen im heimischen Computer viele Festplatten zeitgleich arbeiten, können auch diese Datenträger nicht unerheblich zum Energiebedarf des Computers beitragen. Einzeln hingegen sind weder optische noch magnetische Laufwerke (DVD/BD-Brenner und Festplatten) wirklich herausragend. Eine Festplatte mit 7200 Umdrehungen pro Minute, ein gutes Mittelklasse-Desktopmodell also, nimmt im Schnitt um die 7 Watt auf. Beim Starten, dem „Spin-up“ kommt eine solche Festplatte kurzzeitig auf Werte von bis zu 15 Watt. Ähnlich verhält es sich bei DVD-Laufwerken, allerdings werde diese im Alltag deutlich seltener beansprucht als eine Festplatte, die Programme und Betriebssystem enthält.

Minimal sparen lässt sich mit einer für Notebooks vorgesehenen Festplatte im Format 2,5“. Diese rotieren oft auch schon mit 7200 RPM, kommen aber auf etwas geringere Energiewerte von etwa 3-4 Watt bei der alltäglichen Arbeit. Damit einher geht allerdings ein höherer Preis und eine gerignere Kapazität im Vergleich zu Desktop-Modellen – wegen den paar Watt lohnt sich der Umstieg auf Notebookfestplatten daher nicht. Geht es im PC generell sehr eng zu, bei einem HTPC beispielsweise, kann eine 2,5“-Festplatte allerdings aus Gründen der Platzersparnis in Erwägung gezogen werden.

Sinnvoller wäre auf jeden Fall aber der Einbau einer SSD. Diese benötigen ebenfalls nur etwa 4 Watt, im Ruhezustand natürlich deutlich weniger, beschleunigen zusätzlich aber den PC mehr als deutlich. Angesichts der geringen Energieersparnis ist für einen handelsüblichen Desktop-PC die Kombination aus 3,5“-Festplatte mit geringer Drehzahl (5400 Umdrehungen pro Minute, „Green“-Modelle) für die Datenansammlungen aus Filmen, Musik und Fotos sowie einer schnellen SSD mit 128 oder 256 Gigabyte Kapazität für das Betriebssystem und die oft genutzten Programme.

Diese Kombination erspart viele Wartezeiten und hilft aufgrund der gesparten Zeit sogar Energie zu sparen: ist der Nutzer mit seiner Arbeit am PC schneller fertig, kann der Rechner eben auch schnell wieder ausgeschaltet werden.

Stromverbrauch von Netzteilen

Ebenfalls Anteil an der Energieeffizienz eines Computer hat das Netzteil. Dieses dient im Rechner als Energielieferant und wandelt den Netzstrom in die von den Komponenten benötigten Spannungen um. Hier greifen viele PC-Bastler gerne zu stark überdimensionierten Netzteilen, weil sie die Energieaufnahme der einzelnen Komponenten falsch einschätzen. Nicht unschuldig daran sind allerdings auch Testberichte in Fachmedien, die zwar den Gesamtenergiebedarf des getesteten Rechners angeben aber nicht den Stromverbrauch der getesteten einzelnen Komponenten.

So benötigt ein System mit einem Intel Core i7-Quadcore der dritten Generation, 16 Gigabyte RAM, einer Festplatte und einer SSD sowie einem Oberklassemainboard und einer schnellen Gamer-Grafikkarte – ein Highendsystem also – gerade einmal 300 Watt unter Last. Wer hier ein wenig Puffer für spätere Aufrüstungen und per USB verbundene Peripherie einrechnet, kommt unter Last mit einem 400-Watt-Netzteil aus. Erst beim Einbau einer zweiten Grafikkarte für den im Alltag eher unsinnigen SLI- oder Crossfire-Betrieb würde ein solcher PC ein Netzteil mit 600 Watt benötigen. Noch größere Modelle werden sogar erst benötigt, wenn der Rechner zudem noch massiv übertaktet werden soll und so der Stromverbrauch stark ansteigt.

Nun ist es aber glücklicherweise nicht so, dass ein Netzteil mit 600 Watt auch permanent 600 Watt aus der Steckdose zieht. Der Energiebedarf richtet sich auch bei überdimensionierten Netzteilen weiterhin zum großen Teil nach der Energieaufnahme der verbauten Komponenten. Ein Office-PC mit energiesparenden Bauteilen nimmt also auch mit einem 600-Watt-Netzteil nur seine 100 Watt auf. Ein wenig verschwenderisch wäre das überdimensionierte Netzteil aber dennoch, Netzteile arbeiten nämlich nicht immer gleichbleibend effizient.

Für die Effizienz eines Netzteiles gibt es mittlerweile erfreulicherweise Angaben und Zertifikate. So muss ein Netzteil mit dem Zertifikat 80 PLUS bei den Lastpunkten 20%, 50% und 100% einen Wirkungsgrad von mindestens 80% erreichen. Bei 80 PLUS Bronze sind bei 50% sogar 85% Wirkungsgrad gefordert. Die Königsklasse 80 PLUS Titanium kommt zudem mit der Forderung nach 90% Wirkungsgrad bei nur 10% Last sowie 96% bei 50% Last.

Ein schmaler Office-PC mit einem zu starken Netzteil würde daher selbst unter voller Last nur selten mehr als 20% Last auf dem Netzteil erzeugen – das Netzteil arbeitet aber in diesem Lastbereichen weniger effizient wie in höheren Lastbereichen um 50% herum. Volllast ist bei einem Office-PC allerdings nur sehr selten gegeben, die meiste Zeit ruhen sich die Komponenten in einem der unzähligen Energiesparmodi aus – der Leistungsbedarf sinkt teilweise auf weniger als 10% des Netzteilmaximums. In diesen Bereichen arbeiten nur noch sehr wenige Netzteile effizient, die meisten Modelle (und vor allem solche, die hohe Wattangaben mit niedrigen Preisen kombinieren) sind in diesen Bereichen sehr ineffizient. Die Folge: 30 bis 50 Prozent der aufgenommenen Leistung werden vom Netzteil durch ineffiziente Arbeitsweisen verschwendet, der Stromverbrauch des Rechners steigt.

Bei der Arbeit mit einem PC sollte das Netzteil so dimensioniert sein, dass es die meisten Zeit zwischen 20 und 50 % ausgelastet ist. Diese Lastpunkte sind besonders effizient. Rechenbeispiel: Ein Netzteil mit 420 Watt und einem Wirkungsgrad von nur 65 Prozent nimmt bei voller Last eben keine 420 Watt mehr auf sondern konsumiert 646 Watt aus der Steckdose. Es lohnt sich also durchaus, beim Kauf auf ein Netzteil mit einem guten Wirkungsgrad und einer sinnvoll gewählten Leistung zu schauen. Zumal Netzteile nicht unerheblich für die Stabilität des Gesamtsystems verantwortlich sind und im Falle eines Defektes über Wohl oder Wehe der angeschlossenen PC-Teile entscheiden.

Autor: Dennis Ziesecke