多核处理器功耗研究

凝空幽寒

       如今，多核处理器已经非常流行了，在市场上几乎已经买不到单核心的处理器了。不过虽然多核处理器性能够强劲，但有的时候我们其实用不到那么多核心，尤其是买了Intel的Core i5/i7系列处理器或者AMD的AthlonⅡ/PhenomⅡ这些有4个及以上核心的处理器时，在低负载的时候也许会在BIOS里将之设置为双核甚至单核处理器以降低功耗。不过这种在BIOS里屏蔽核心的做法究竟是不是有意义呢?
       功耗分析
       虽说由于制程的大幅度进步，现在的处理器和以前相比，功耗和发热也都有了相当大程度的降低，而且Intel和AMD也都将它们各自的节能技术应用到处理器上。例如Intel就早已将增强型英特尔Speed Step技术应用到了桌面级处理器上，部分高端处理器还应用了能够自动超频的睿频技术，从效果上来说增强型Speed Step技术能够根据系统的负载对处理器的频率进行调节，甚至能够关闭部分处理器核心，以达到在不影响性能的基础上节能降耗的目的。AMD也相应地有Cool ‘n’ Quiet和Turbo Core技术，同样可以根据系统负载的需要降低或提升处理器的频率，在不影响性能的基础上节能降耗。
       不过不管是升降频率还是开闭核心，还是有很多用户会有疑虑，在系统负载不高的时候，也会有关闭几个核心更节能一些的想法。
       功耗实测
       博士以Intel和AMD的高端平台为测试样本，选择酷睿i7 2600K和PhenomⅡ X6 1090T为测试对象，分别测试Intel和AMD的多核处理器在关闭不同数量核心后在日常的各种常见应用中的功耗变化，对于Intel处理器还测试关闭超线程对功耗的影响。本博士将具体测试分为五项，分别记录开机三分钟、开机后静置十分钟、播放码率为32000Kbps的1080P视频文件、运行大型DX11游戏《天堂2.5》、以及将码率为32000Kbps、时长1分14秒、大小为159MB的1980×1080的视频文件转换成1280×800的视频文件时的功耗，看看在日常应用中，关闭物理核心究竟能否起到节能降耗的作用。对于时间长度不变的应用，不记录运行时间，而对于视频转码这类时间长度有明显变化的应用则同时记录完成的时间。
       由于日常的应用对于目前的中高端处理器来说并不能完全使所有核心都达到最高负荷，因此本博士特别加入了能够让每颗核心都全速工作的Cinebench 11.5对Intel和AMD的多核处理器进行比较性测试，看看在CPU满载的情况下，关闭处理器物理核心是否对功耗有明显影响。
       在基准测试中本博士采用的是没有通过80PLUS认证的大功率电源，为了更好地说明问题，本博士在AMD平台的测试中特别加入了采用了转换效率更高的80PLUS铜牌认证电源的测试成绩，以对比平台功耗的变化。
       Intel测试平台
       处理器：酷睿i7 2600K 主板：技嘉Z68A-D3H-B3 内存：宇瞻DDR3 1600 2GB×2 硬盘：希捷7200.12 1TB 显卡：GeForce GTX 560Ti 显示器：飞利浦240PW9 操作系统：Windows7 64Bit
       Ultimate
       AMD测试平台
       处理器：PhenomⅡ X6 1090T 主板：映泰TA880GU3+ 内存：宇瞻DDR3 1600 2GB×2 硬盘：希捷7200.12 1TB 显卡：Radeon HD 6870 显示器：飞利浦240PW9 操作系统：Windows7 64Bit
       Ultimate

       在开机进入系统测试项上，无论是否打开超线程、无论启用的核心数有几个，功耗都保持一致，没有任何变化;系统静置10分钟后，开始出现了一些小变化，核心数量少的、关闭超线程的平台，主机功耗有轻微的下降，不过幅度并不大;在播放1080P视频的测试中整个平台都经历了功耗先提高到110W左右然后下降到73W左右稳定下来的过程，究其原因博士认为应该是前期程序载入带来的功耗提升，不同核心数平台之间的差距非常小;在运行大型3D游戏时也是这样，运行大型3D游戏时系统的耗电大户主要是显卡，CPU核心数的变化无关大局，可以看到平台的功耗差距也非常小。只有在对CPU负荷较大的视频转码项目中可以看到减少物理核心数，平台功耗有明显降低——最高降低幅度接近20%，不过转码时间也大幅度延长——最高延长时间超过100%，即便计算多核心系统完成处理后的闲置时间，降低核心后的总能耗也大于开启所有核心时的能耗。
       从Intel平台的整体测试结果来看，关闭处理器的物理核心并不能明显达到降低功耗的作用，在某些应用中甚至会使总功耗增加不少(核心少了之后，睿频频率更高)。

       和Intel平台不同，AMD平台在开机进入系统、系统静置、播放1080P视频以及运行大型3D游戏时，关闭处理器物理核心，功耗都会有一定程度的降低，不过降低的幅度各有不同。在对CPU负荷较大的视频转码项目中，和Intel平台表现相同，减少物理核心数，平台功耗有明显降低——最高降低幅度超过30%，不过转码时间也大幅度延长——最高延长时间超过100%;和Intel平台不同的是，在视频转码测试项上，AMD平台减少核心数能够明显降低能耗，计算多核心系统完成处理后的闲置时间，降低核心后的总能耗也小于开启所有核心时的能耗，不过时间的大幅度增加会明显降低工作效率。
       从AMD平台的整体测试结果来看，在日常操作中关闭处理器的物理核心并不能明显达到降低功耗的作用，只有在视频转码项上，关闭物理核心才能降低功耗，不过大幅延长处理时间耽误的人工也非常大。
       在Cinebench 11.5这种需要所有核心满载运算的测试项上，我们同样计算处理完成后的系统闲置功耗，Intel平台的核心开启越多总能耗越少，而AMD平台在开启或关闭物理核心后，总能耗的差距很小，几乎可以忽略不计。
       疯狂博士 多核处理器别关闭核心
       通过本周对多核处理器平台的功耗测试我们可以看到，在绝大多数日常应用情况下，开启处理器的所有核心，功耗并没有明显变化，只有在视频转码和图像渲染应用中减少核心数能够带来系统功耗的降低，不过相应地，处理时间也大幅延长，总能耗算起来其实并不低，而且浪费了许多时间。即便AMD平台在视频处理项目中减少核心数能够省一点电，但翻倍甚至数倍的处理时间也大幅提高了应用成本，因此本博士认为在日常操作环境中，开启处理器的所有核心并不会明显增大能耗，而且在部分应用中还能够迅速完成工作进入闲置状态，不仅节省处理的时间也更省电。而对于需要多核心满载工作的项目，如图像渲染，无论是Intel还是AMD平台开启全部核心都更划算，当然本博士也建议大家开启全部的处理器核心。
       也就是说，关闭部分处理器核心以节省电能的说法是错误的，无论什么应用环境，本博士都推荐大家开启处理器全部的核心，真的要想节能，还不如购买一款转换效率更高的电源。