Ahorro de energía en notebooks  (Guía Notebooks Cap 13)

Ahorro de energía en notebooks (Guía Notebooks Cap 13)

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En esta edición revisaremos por completo lo que hay detrás de las "tecnologías de ahorro de energía" que cité numerosas veces a lo largo de la guía sin dar mayores explicaciones y hoy es el momento de atar este cabo suelto.


A lo largo de esta guía básica para notebooks nos hemos visto obligados a relegar ciertos temas puntuales que fueron apareciendo en el camino en favor de la continuidad y facilidad de lectura de los capítulos y hoy, con el poder de ver en perspectiva la situación, creo que es buen momento para empezar a pulir las terminaciones de esta guía. En esta edición revisaremos por completo lo que hay detrás de las “tecnologías de ahorro de energía” que cité numerosas veces a lo largo de la guía sin dar mayores explicaciones y hoy es el momento de atar este cabo suelto.

Reguladores de consumo eléctrico: SpeedStep y PowerNow!

Hoy en día los procesadores para notebooks han alcanzado tal nivel de potencia que resulta excesivo que trabajen al 100% (a su frecuencia natural o nominal) todo el tiempo, incluso los olvidados (y a veces subestimados) Pentium M y Turion 64 son más que capaces de permitirle navegar en Internet, escuchar música, chatear, etc sin necesidad de ocupar la totalidad de su poder, luego se pueden imaginar cuanto desperdicio se podría esperar de procesadores tan poderosos como el Core 2 Duo.

Este efecto es nocivo porque al recordar que el procesador es una de las partes que más energía consume en cualquier notebook entonces se esta perdiendo gran cantidad de electricidad en mantenerlo corriendo a una frecuencia innecesaria.

Con este problema en mente Intel y AMD han desarrollado independientemente un par de tecnologías que regulan efectivamente la frecuencia a la que corre un procesador dependiendo de la carga en el equipo en tiempo real y sin que el usuario se de cuenta de estos cambios, pero antes de entrar a describirlos tenemos que saber de donde sale la famosa frecuencia de un procesador.

Determinación de la frecuencia final de un procesador

A lo largo de las guías varias veces he recurrido al famoso FSB (bus frontal) para explicar diferencias de rendimiento en los procesadores de Intel y lo definimos de forma muy vaga como la velocidad con la que el procesador se comunica con el resto del equipo. El nuevo punto que discutiremos acá es como el FSB también determina en parte la frecuencia final de un procesador Intel.

Digo “en parte” porque hay otro factor en la ecuación, algo que llamaremos “multiplicador” y que corresponde a una propiedad intrínseca en el procesador y que no había sido necesario mencionar hasta ahora, como lo dice su nombre el multiplicador es un factor que determina cuántas veces el FSB del procesador equivale a su frecuencia final.

Antes de entrar a un ejemplo concreto hay un detalle más que hay que mencionar, los valores para el FSB que hemos venido discutiendo (400, 533, 667, 800 MHz) deben ser divididos por cuatro antes de efectuar la multiplicación por un tema que no es mi intención tratar acá.

Para nuestro ejemplo tomaremos el Core 2 Duo T7400, con un FSB de 667 MHz y un multiplicador 13x, generalmente no es importante conocer el multiplicador de un procesador, pero este es un caso puntual para nuestro cálculo.

Que corresponde justamente a la frecuencia nominal del T7400.

El caso de AMD es mucho más sencillo, pues basta tomar como factores un valor fijo de 200 MHz (nada que ver con el FSB de Intel) y nuevamente un multiplicador, que en casos puntuales puede ser decimal (como por ejemplo 9,5x), pero que no modifica los cálculos, tomemos el ejemplo del Turion 64 X2 TL-56 (multiplicador 9x).

El cálculo es igual para todos los procesadores ya sean de uno o dos núcleos.

En algunos casos puntuales querremos saber el multiplicador de cierto procesador a sabiendas de su frecuencia y FSB, aquellos con pocas ganas de hace matemáticas simplemente pueden aplicar la fórmula Multiplicador = Frecuencia (en MHz) x 4 / FSB (en su forma tradicional) para el caso de Intel o Multiplicador = Frecuencia / 200 para el caso de AMD.

La solución de Intel: SpeedStep

Para reducir el consumo de sus procesadores Intel cuenta con dos versiones de una tecnología conocida como SpeedStep, la primera se aplica a los procesadores Pentium M, Core Solo, Core Duo, Pentium Dual Core y Core 2 Duo (de la segunda generación Centrino), la segunda y más avanzada sólo está disponible para los procesadores Core 2 Duo que son parte de la tercera generación Centrino “Santa Rosa”, es importante notar que ningún Celeron M cuenta con esta tecnología.

En su primera encarnación la tecnología SpeedStep es capaz de controlar el voltaje y multiplicador del procesador dependiendo de la carga impuesta sobre él, pudiendo alterar este valor entre 6 y el multiplicador natural del procesador (que es fácilmente calculable como vimos antes) pero sin alterar de forma alguna el FSB.

Usemos un ejemplo, el T2400 (1,83 GHz, 667 MHz FSB), un cálculo rápido nos dice que tiene multiplicador 11x y lo que sabemos de SpeedStep nos permite concluir que puede oscilar su frecuencia entre 1 y 1,83 GHz y su voltaje acordemente, un programa como CPU-Z nos ayuda a confirmar esta información:

Inicialmente confirmamos toda la información que sabíamos: la frecuencia del procesador (Core speed), multiplicador (Multiplier), FSB real (FSB) y FSB publicitado (Bus Speed) además del voltaje de funcionamiento del procesador (Voltage).

Cuando se activa el SpeedStep (recordemos que es automático al disminuir la carga sobre el notebook) en su forma más “extrema” la información del programa se ve actualizada al instante:

Los cambios son notorios, vemos que el FSB se mantiene sin cambios pero el multiplicador se reduce a 6x y el efecto es inmediato en la frecuencia final, también vemos que el voltaje de funcionamiento se reduce acordemente.

Es importante notar que CPU-Z no detecta con precisión el voltaje de funcionamiento del procesador (el T2400 funciona entre 0,762 y 1,3 V) pero la diferencia en voltaje es acorde y sirve para graficar lo que está ocurriendo.

La segunda versión de SpeedStep sólo está disponible para la nueva generación Centrino Duo / Pro “Santa Rosa” y funciona de manera igual que la anterior pero además de la modificación del multiplicador el procesador también puede disminuir su FSB a 400 MHz (100 MHz efectivos) para lograr ahorros aún mayores como lo vemos en nuestro ejemplo, el Core 2 Duo T7300 (2 GHz, 800 MHz FSB).

El multiplicador sólo baja a 8x, pero el FSB se reduce fuertemente a cerca de 400 MHz (100 MHz reales), esta combinación deja la frecuencia final en 800 MHz, lejos de sus 2 GHz originales y el voltaje disminuye de 1,3 a 1,0375 V (nuevamente CPU-Z tiene problemas detectando el valor correcto).

La ventaja de reducir el FSB en vez del multiplicador es sutil: el multiplicador sólo influye en el procesador mientras que el FSB actúa sobre el procesador, el chipset y la memoria RAM (determina en parte su velocidad en un estilo muy similar al procesador), la disminución de este último reduce la carga sobre todo el equipo y sus beneficios en consumo eléctrico son mayores.

La última ventaja del SpeedStep de Santa Rosa requiere de una explicación más profunda. Como sabemos todos los procesadores Core 2 Duo son dual core, capacidad que no es utilizada en todo momento y que deja literalmente un núcleo completo sin utilizar en estos momentos. Un notebook “Santa Rosa” es capaz de detectar estos momentos y prácticamente apagar uno de los núcleos y usar la energía disponible para aumentar la frecuencia del otro y mejorar su desempeño en aplicaciones de un sólo hilo. En nuestro ejemplo nuevamente tenemos al T7300, que esta vez corre a 2,15 GHz, una frecuencia mayor que los 2 GHz que tiene normalmente y con un voltaje intermedio entre su potencia completa y su modo de ahorro máximo (recordemos que este número no es correcto, sólo grafica la comparación)

Una pregunta razonable luego de ver este último sistema es ¿por qué el procesador no corre con sus dos núcleos a esta velocidad superior cuando está enchufado (energía ilimitada)? La respuesta es simple, el aumento de frecuencias en ambos núcleos traería consigo un aumento en la disipación de calor del procesador que podría no ser manejado de forma adecuada por el sistema de refrigeración del notebook.

Esto es un resumen de lo más importante detrás de SpeedStep, pero hay detalles más oscuros y (relativamente) menos importantes detrás de esta tecnología, como lo es su poder de desactivar sectores específicos de la caché L2, entre otros, que no deseo mencionar para no seguir complicando innecesariamente.

La solución de AMD: PowerNow!

La tecnología PowerNow! es muy similar a la primera edición de SpeedStep y la podemos encontrar en todos los procesadores de AMD (incluyendo al Mobile Sempron), nuevamente nos encontramos con un mecanismo que reduce el multiplicador y voltaje del procesador dependiendo de la carga ejercida y para ejemplificar esta situación usaremos mi fiel Turion 64 ML-37 (2 GHz):

Tenemos la velocidad base del bus (200 MHz) y el multiplicador esperado (10x) que resultan en la frecuencia nominal de mi procesador, 2000 MHz.

Cuando simplemente estoy escribiendo un artículo para CHW o escuchando música el procesador funciona con un multiplicador reducido:

La frecuencia final es de 800 MHz con un multiplicador 4x y un voltaje reducido (nuevamente CPU-Z hace mediciones incorrectas, pero que ejemplifican lo que ocurre).

Con estas palabras cerramos esta pequeña sección que más que nada trata de explicar a que me refería con “tecnologías de optimización” que citaba muchas veces en la parte central de la guía y no quería poner punto final sin tratar de profundizar en el tema y responder preguntas tan recurrentes como “¿Por qué mi procesador no está corriendo a la frecuencia normal?” que siempre se dejan ver.

Como siempre esperamos sus comentarios de este anexo a la guía de notebook de TS que pasa a complementar a los demás capítulos donde sea acorde.