PC电源管理技术

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简介和背景

从生态学的角度来看，节电比发出更多的电的效益更好。因为如果对于电能不加节制的肆意挥霍，有多少电场也不能满足要求，另外建立发电厂一定会破坏环境、污染环境或者是影响环境（比如水利发电虽然被认为是非常好的发电方式，但是并不是所有的地方都具有这个条件，而且大型的电站肯定会对于周围环境造成影响，比如三峡）。

小处着眼，这个规律也使用笔记本电能这类的使用电池供电的设备。如果为了提高电池的供电时间，而给笔记本电能配置很多的电芯，那么笔记本的重量、成本、体积都得不到有效的控制。而且如果不采用节能技术，即使为现在的市面上笔记本都增加一倍容量的电池，这些笔记本几乎也没有什么便携性可言，因为电池的供电时间都会很短。

当然研制新型的电池可以在一定程度上解决这个问题，不过目前的电池存储电能的基本原理还是利用化学方法进行的，这种方法几乎还是遵循一个世纪前发明时候的基本原理，短期之内还不会有革命性的技术来代替现在的电池技术，因此在保证电池的体积和重量等等基本不变的前提下，继续提高它的容量也是具有相当的困难的。即使有了新型的高效电池，我们依然需要节能技术，对于笔记本用户来说当时是供电的时间越长越好。

为了得到更高的性能，处理器的结构越来越复杂，随之而来它的集成度就越高。试想，如果现在的Pentium 4处理器还在使用二十年前的微处理器技术制造，它的体积、成本、发热量将都不适用于笔记本。为此现在的处理器制造商都不停的改进生产工艺，使得晶体管的体积更小，这样虽然降低了功耗，但是对于笔记本应用来说还是不够的，于是处理器厂商都采用了一定的处理器节电技术，比如Intel的SpeedStep、AMD的PowerNow和Transmeta的LongRun。这些节电技术的目的都是相同的，但是实现方法都是不同的，不过所有的厂商都声称自己的节电技术是最好的。那么到底哪一个是最好的？

正是因为如此，我们收集了几种节能技术的系统：Compaq Presario 1215,第一款使用整合了PowerNow!技术的AMD Mobile Athlon的笔记本；IBM ThinkPad T21，采用了整合Intel SpeedStep技术的Mobile Pentium III处理器；NEC Versa Ultralite,采用了整合了LongRun技术的Transmeta Crusoe 5800处理器。

对于不同的节电技术进行测试的难点在于究竟如何测试才能真正的反映它们之间的性能？这个问题困扰了我们很久，直到最近我们才找到了比较满意的测试方法，可以比较客观的反映被测系统的性能。当然这些受测系统相对于现在正在销售的笔记本比较旧了，但是在节电技术上还是比较具有代表性的。另外，需要各位读者注意的是，这里的三款系统所针对的市场是不同的，我们这里考察的并不是它们的电池寿命，而是它们的电源管理的效能。在正式测试之前，我们先给大家介绍PC电源管理方面的相关知识。

电源管理概要

电源管理系统的主要目的是减少浪费、最小化电路对于电源的需要。现在一般的思路是暂时停止对于一个工作单元内的用不到的电路的供电，比如说当你不上午的时候，让你的调制解调器暂时不工作，就可以达到节约一部分电力的目的，同样道理，在进行浮点运算的时候，整数单元就会被闲置，这个时候停掉对于它的供电，就能使得处理器的功耗降低。

当你的处理器处理器比较简单的任务，比如文字录入在你思考的过程，键盘没有动作，这个时候处理器完全没有必要全速运行等待着下一次指令的到来。采用了节能技术之后，在这个期间处理器的速度会降低或者暂时停止对于部分电路的供电来达到节电的目的。

前面说过，不同的节电技术的目的是一致的，采用的大致方法也是相同的，比如改变电压、处理器速度或者选择性的停止部分电路的供电，它们最大的不同之处在于实现这些功能的控制方法的不同。

电池的类型对于电池的寿命也有一定的影响，比如锂电池的性能就比镍氢电池要好一些，但是不管使用哪一种电池，采用节电技术总是能让电池的工作时间更长。从一个方面看，处理器中采用节能技术在整个系统中的影响仅仅是一个方面，其它的内存、磁盘、显示屏等等都是都是耗电的大户。另外，节电技术对于不同应用的用户的意义也是不同的，有的用户的笔记本每天的工作负担很重，这个时候节电技术对于用户的意义并不大。当然，这种情况并不多见，对于大部分的用户来说这个功能还是相当有用处的。

在过去的几年里，工程师们开发出来不少种节电方案，其中的不少已经成为了行业标准。但是不同的利益集团之间因为竞争的需要还是产生了分歧，于是这个方面的标准也不是那么统一的。其中90年代初发布的APM（高级电源管理：Advanced Power Management）是一个应用比较广泛的应用，不过现在大部分的笔记本电脑中采用的是ACPI（高级配置及电源接口：Advanced Configuration and Power Interface），这个我们将会在相关的文章中给大家介绍。

电源管理效能的高低并不容易观察出来。因为影响笔记本电池的因素很多，除了电池本身的类型、容量之外，还有处理器的节电技术、ACPI的支持程度等等。所以，我们前面也提到衡量这项技术是否在发挥作用以及其效率如何是一件比较困难的事情，因为当它工作的很好的时候，你根本觉察不到它在工作，而当你决定采用一定的措施侦测它是否在工作的时候，它又因为你的动作而不工作了。

我们采用的测试程序是基于最新的Business Winstone 2001的BatteryMark测试程序，它可以更加客观的反映你的笔记本电源管理的性能。这个测试程序不再是让笔记本不停的工作，而是模拟人们普通工作的情况，给系统一个喘息的空间，现实中我们的工作情况也的确是这样的，比如我写这篇文章就需要时不时的停下来思考。下面的表格就是我们的测试结果，分别运行在电源管理开启和电源管理关闭的情况下，其中的最大、最小和中等表示的显示屏的亮度分别是最亮、最暗和中等亮度。

再次重申这些笔记本的市场地位并不同，所以这里对比的并不是它们的电池使用寿命，而是用来观察电源管理的效能，所以不要单独的对于各个系统之间电池的使用时间太注意。  PM屏蔽，运行时间(分钟) PM开启，运行时间(分钟) 效能(PM开启/PM关闭)
Compaq Presario 1215
(AMD PowerNow!)   　　
最小 79 162 2.050633
中等 76 154 2.026316
最大 71 150 2.112676
IBM T21
(Intel SpeedStep)   　　
最小 108 200 1.851852
中等 94 189 *2.010638
最大 90 160 1.777778
NEC Versa Ultralite
(Transmeta LongRun)   　　
最小 162 292 1.802469
中等 135 256 1.896296
最大 54 200 *3.703704
* 有星号的说明，我们的测试结果重复性并不好，三次的测试误差较大

从上面的测试结果可以看到，开启电源管理之后，系统的运行时间都增长了一倍左右。另外，我们看到不同的厂商之间的技术差别并不明显，Intel SpeedStep（T21）的效能仅仅比Transmeta LongRun提高了5%左右：当我们把屏幕的亮度调节到最低时，采用SpeedStep技术的IBM ThinkPad X21的运行时间提升了85%，而采用了LongRun技术的NEC Versa的运行时间则提高了80%，我们觉得这样的差别应该忽略不计，AMD PowerNow!的效能更高一些，Compaq Presario在开启电源管理之后运行时间提高了105%。

从这个结果，我们并不能说PowerNow!技术是最好的处理器节能技术，因为这个测试结果受到了不止CPU这一个方面的影响，从上面我们对于屏幕亮度的改变，可以看到测试结果变化很大，而不同的用户在使用笔记本时会调节到适宜自己的亮度，所以同样的节能技术对于他们的作用也是不同的，因此但从这个结果我们并不能说AMD PowerNow!就是胜者。在这里我们仅仅能够根据我们有限的测试告诉大家，处理器的电源管理技术并不能成为选择笔记本的首要因素。

笔记本各个子系统功耗

笔记本的功耗同它的应用领域或者说市场定位关系非常密切。一些用于替代桌面电脑的笔记本，比如现在采用Mobile Pentium 4处理器的一些电脑的耗电量相当的高，功率在50瓦以上，使用电池供电模式维持不了多长时间。而一些超便携的笔记本的功耗在10-15瓦左右。

下面的饼图就是表示的Mobile Pentium III笔记本中在开启SpeedStep功能之后各个部分耗电量的百分比，这个系统的总耗电量在12%左右。当然你的笔记本的实际配置可能同这个饼图中的配置不完全一样，不过依然大致的比照对于自己的笔记本或者将要选购的笔记本的各个部分在节电方面的作用有一个了解。当然也正是因为这些不同的存在，使得它们在一个系统所消耗的比率不同。
最近我们又从Intel得到了它们统计的Mobile Pentium 4系统中各个子系统的功耗情况，Mobile Pentium4因为功耗比Mobile Pentium III增加所以CPU功耗占整个系统中的比率从7%提升到了10%,芯片组也从现在的13%提高到了15%。
从上面我们可以看到Pentium 4处理器的平均功耗为2w左右（以主流商业应用的负载来计算－－这个地方你要同TDP的概念区分开，这个概念指的是CPU在满负荷运算下的功耗，大多数人的应用并达不到这个程度）。这张图展望的是在今年年底，Pentium 4-M笔记本的电池使用寿命将会达到3个小时（6电芯）。