Energie sparen - Stromverbrauch Computer

 
Noch vor wenigen Jahren brauchte ein handelsüblicher Computer mit Monitor und Peripherie 150W und mehr. Durch geschickte Auswahl der Komponenten kann die Verlustleistung auf unter 50W gesenkt werden, bei gleichzeitiger enormer Leistungssteigerung. Wie geht, kann auf dieser Seite nachgelesen werden.

Noch vor wenigen Jahren brauchte der alte Computer mit Monitor und Peripherie 150W und mehr, so läßt sich dieser Verbrauch durch geschickte Auswahl der Komponenten auf unter 50W senken, und das bei gleichzeitiger enormer Leistungssteigerung. Wird der Computer beruflich genutzt, dann macht auf Grund der langen Laufzeiten jedes Watt viel aus.

Ich möchte auf dieser Seite keine für den Laien unverständliche Fachsimpelei beginnen, sondern kurz und knapp, dennoch aber mit der gebotenen Ausführlichkeit erklären wie sich das Sparpotenzial beim Computer ausschöpfen läßt. So ein Computer besteht aus sehr vielen Komponenten, von denen ich nur die wichtigsten durchleuchten möchte.

 

CPU (= Central Processing Unit = Mikroprozessor = zentraler Rechenknecht)

Moderne Prozessoren werden heute mit äußerst feinen, nur 22nm großen Strukturen gefertigt, was die Verlustleistung gravierend senken konnte. Die Taktung liegt ganz grob zwischen 2 und 4 GHz, wurde also zugunsten der Energieeinsparung nicht weiter erhöht. Dafür besitzt der gesamte Prozessor in der Regel 2-6 Kerne, die intern bei geringer Last abgeschaltet werden, was noch einmal kräftig Strom spart. Die gewaltige Leistungsfähigkeit moderner Prozessoren wird in aller Regel weit unterschätzt. Meist wird man die Rechenleistung nicht einmal zu 1% ausnutzen, so daß es bei der allgemeinen Energiebetrachtung darauf ankommt, wieviel Verlustleistung der Prozessor im Ruhezustand verbraucht. Günstig sind also viele Kerne und weniger hohe Taktung. Der Kompromiß liegt dann einfach in der Spitzenlast, wenn man eine Taktung nahe 2 GHz wählt. Wird der Prozessor dennoch mal ordentlich gefordert (Bild- und Videoverarbeitung), dann schaltet er einfach alle Kerne hinzu und braucht dann für kurze Zeit ziemlich viel Strom. Gute, energiesparende Prozessoren brauchen etwa 7W im Leerlauf und knapp 30W unter Vollast.

 

Mainboard (=Hauptplatine)

Bei der Auswahl ist zu beachten, daß das Mainboard bereits eine Grafikeinheit enthält. Das spart die heute durchwegs teuren und überaus stromfressenden Grafikkarten (oft 100W und aufwärts). Solche Grafikkarten braucht man allenfalls für ultraschnelle 3D-Spiele in extremer Auflösung. Für den Normalbetrieb genügt eine auf dem Mainboard integrierte Grafiklösung völlig, denn moderne Prozessoren bringen den Grafikprozessor bereits auf ihrem Chip mit. Man muß ihn nur noch verwenden. Filme in voller HD-Qualität abspielen ist damit überhaupt kein Problem. Aber drauf achten, daß die richtigen Anschlüsse (VGA, HDMI, DVI) vorhanden sind und zum Monitor passen. Alle anderen Komponenten (Sound, Netzwerk usw.) sind bei praktisch allen Mainboards integriert. Gute Mainboards benötigen mit ca. 4 GB Speicher ca. 7W.

 

Festplatte

Es muß nicht unbedingt eine ultraschnelle SAS-Platte sein. In der Regel genügt eine sparsame S-ATA voll und ganz, letztere sind dank geringerer Umdrehungsgeschwindigkeiten auch beträchtlich leiser, fast geräuschlos. Ein wahrer Energiesparer ist hier die WD Caviar Green WD10EZRX von Western Digital, die unter Last nur ganze 3,7 W benötigt. In Zukunft werden die mechanischen Platten durch die sogenannten "Solid-State-Disks (SSD)" abgelöst. SSD sind reine Halbleiterspeicher ähnlich wie die heute verbreiteten USB-Sticks, nur eben sehr viel schneller und noch weit stromsparender. Leider im Moment noch viel zu teuer.

 

Netzteil

Unbegreiflicherweise eine wenig beachtete Komponente, dabei wird ausgerechnet hier in der Regel die meiste Energie verschwendet. Billigfabrikate bringen es gerade einmal auf 50% Wirkungsgrad, was bedeutet, daß die Hälfte der aufgenommenen Energie sinnlos als Abwärme verpufft. Diese Netzteile werden im Betrieb so heiß, daß ein, manchmal sogar 2 große Lüfter zum Abtransport der überflüssigen Wärme benötigt werden. Diese Lüfter sind nicht nur unangenehm laut, sondern brauchen auch Strom, und das nicht zu knapp! Mit der Zeit setzen sich die Bauteile im Netzteil durch das ständige Anblasen mit Feinstaub zu, und das Netzteil brennt durch. Bei Netzteilen also grundsätzlich auf das "80-Plus Gütesiegel" achten. Es gibt die Labels Standard, Bronze, Silber und Gold. Ich meine, alles außer Gold ist indiskutabel. Besonders hervorragend ist das Netzteil Seasonic X-400 Fanless, dessen Wirkungsgrad derart hoch ist, daß es auf einen Lüfter verzichten kann. Die Bauteile sind hinter einem Lochblech zum Reinigen gut zugänglich. Insgesamt dürfte dieses Netzteil extrem langlebig sein, was den hohen Preis mehr als rechtfertigt.

 

Monitor

Der gute alte CRT-Monitor mit 150W Verlustleistung dürfte mitterweile endgültig ausgestorben sein. Nachfolger waren die immer noch verbreiteten LCD-TFT-Monitore mit Leuchtstoffröhren-Hinterleuchtung, die nur noch knapp 50W benötigen. Gute Monitore des 21. Jahrhunderts haben eine hocheffiziente LED-Hinterleuchtung und brauchen dadurch nur noch deutlich unter 20W. Das Tageslicht sollte von der Seite kommen, niemals von vorne oder von hinten. Dann kann die Hinterleuchtung auf 20% reduziert werden, was noch einmal so um die 4W einspart ohne daß die Bildqualität nennenswert darunter leidet. Da sich die Bildqualität inzwischen nur noch in Nuancen unterscheidet, sollten für eine Kaufentscheidung die folgenden 2 Kriterien herangezogen werden:

  1. Der Stromverbrauch bei Normalbetrieb
  2. Der Stromverbrauch im Ruhemodus (Standby)
Gute Geräte brauchen ca. 15W im Normalbetrieb und < 0,1W im Standby. Wir werden später noch sehen, warum der geringe Standby-Verbrauch so wichtig ist.
 

 

Internet

Die meisten Haushalte können heute mit ADSL, der schnellen Anbindung an das Internet, versorgt werden. In ländlichen Gegenden ist das aber leider immer noch ein unerfüllbarer Wunschtraum, hier geht bestenfalls ISDN. Die Anbindung an das "Netz" ist bei ADSL immer die Gleiche: Ein Modem sendet und empfängt die Signale aus der Telefonleitung und leitet diese dekodiert über eine Ethernet-Schnittstelle an einen Router weiter. Dieser kümmert sich um die Einwahl und die Kontrolle eingehender IP-Pakete (Firewall) und gibt das Ergebnis an den Computer (wieder per Ethernet-Schnittstelle). Viele möchten noch einen WLAN-Accesspoint haben um mit dem Notebook kabelfrei im Netz zu surfen. In der Summe - DSL-Modem, Router und Accesspoint verbrauchen diese Geräte um 25W. Glücklicherweise gibt es längst Geräte, die all diese und noch viel mehr Funktionalitäten integriert haben. Ein bezüglich Stromverbrauch und Funktionalität besonders gelungenes Gerät ist die AVM Fritzbox 7270, die denn auch gleich noch das Faxgerät und die Telefonanlage überflüssig macht und mit nur 6W auskommt.

 

Motor aus an der Bahnschranke

Diese mahnenden Worte finden sich an vielen Bahnschranken, aber an praktisch keinem Schreibtisch. Ein Computer wird niemals ununterbrochen benutzt. Jede kleine Pause > 5 Minuten sollte den Monitor automatisch auf Standby schalten. Schlagartig geht der Stromverbrauch um 15W herunter. Diese Energiespar-Einstellung läßt sich in praktisch jedem Betriebssystem einstellen. Bei größeren Pausen empfiehlt es sich den Computer auf Standby zu schalten. Dabei wird erst mal der gesamte Arbeitsspeicher auf die Festplatte geschrieben. Das dauert einige Sekunden, im Extremfall eine halbe Minute. Danach werden alle Komponenten im Computer abgeschaltet, lediglich RAM und USB werden weiterversorgt, so daß noch ein Restverbrauch von ca. 1-2W übrig bleibt. Doch das ist immer noch wenig im Vergleich zum Standardbetrieb eines stromsparenden Rechners von ca. 26W. Der Monitor bekommt in dieser Phase kein Videosignal und geht ebenfalls auf Standby. Hier wird übrigens deutlich wie wichtig ein geringer Standby-Verbrauch beim Monitor ist. Nach dem "Aufwecken" aus dem Standby muß der Computer nicht erst umständlich booten, sondern ist fast schlagartig im exakt selben Zustand wieder da.

 

Ein Beispiel:

Die folgende Tabelle zeigt eine günstige Beispielkonfiguration, wobei eine tägliche Benutzungsdauer von 12 Stunden, große Pausen von insg. 3 Stunden und mehrere kleine Pausen berücksichtigt sind, in denen der Rechner bzw. der Monitor, wie oben beschrieben, auf Standby geht.

KomponenteFabrikatStromverbrauchLaufzeitEnergiebedarf
CPUIntel Core i5 2400S 2,5 GHz 4 Kerne11.0 W9 h99.0 Wh
MainboardASUS P8H67-M, S11557.0 W9 h63.0 Wh
FestplatteWD Caviar green WD10EZRX3.7 W9 h33.3 Wh
NetzteilSEASONIC X-400 fanless2.0 W12 h24.0 Wh
MonitorPhilips 221S3LSS15.0 W8 h120.0 Wh
InternetAVM Fritzbox 72706.0 W12 h72.0 Wh
Summen pro Tag44.7 W 411.3 Wh
 

Noch extremer:

Wer seinen Rechner generell nur wenig auslastet, ihn also beispielsweise nur als Schreibmaschine,
Excel, »Surfbrett«, Email, Bilder- und Filmevorführer benutzt, der kann noch einen Gang herunterschalten:

KomponenteFabrikatStromverbrauchLaufzeitEnergiebedarf
CPUIntel Atom N2600 1,66 GHz 2 Kerne2.0 W9 h18.0 Wh
MainboardIntel NX260N (NM10 Chipset)3.6 W9 h32.4 Wh
FestplatteSamsung SSD PCS15106950.5 W9 h4.5 Wh
NetzteilDehner SYS1443-6512-T2/T30.6 W12 h7.2 Wh
MonitorDell P2012H13.3 W8 h106.4 Wh
InternetAVM Fritzbox 72706.0 W12 h72.0 Wh
Summen pro Tag26.0 W 240.5 Wh
Dieser Rechner ist immer noch deutlich leistungsfähiger als der nachfolgende alte PC vom Discounter.
 

Zum Vergleich ein 17 Jahre altes Billigfabrikat vom Discounter ohne Nutzung von Standby:

KomponenteFabrikatStromverbrauchLaufzeitEnergiebedarf
CPUIntel P4 2.67 GHz30.0 W12 h360.0 Wh
MainboardNoname15.0 W12 h180.0 Wh
FestplatteNoname12.0 W12 h144.0 Wh
NetzteilNoname55.0 W12 h660.0 Wh
Monitor17" LCD Noname45.0 W12 h540.0 Wh
InternetModem + Router + WLAN25.0 W12 h300.0 Wh
Summen pro Tag182.0 W 2184.0 Wh

Der Unterschied ist gravierend. Der alte Billigrechner verbraucht im Jahr 480,5 kWh während sich der neue mit 90,5 kWh begnügt. Das ergibt eine Einsparung von 390 kWh oder 195 € bei einem realistisch angenommenen durchschnittlichen Strompreis von 50 ct pro kWh in den kommenden Jahren. Unterstellt wurden 220 Werktage pro Jahr.

Immer mehr Verbreitung findet ein mobiler Rechnertyp, der eigentlich zu den Tablets zählt aber mittels andockbarer Tastatur mit Schnittstellen zu einem kleinen Netbook umfunktioniert werden kann. Die Bedienbarkeit ähnelt dann eher der eines Notebooks, nur daß der Energiebedarf deutlich geringer ist. Viele dieser Geräte sind mit 4-Kern-Prozessoren in 22-nm-Technik ausgestattet und derart leistungsfähig, daß man damit recht ordentlich arbeiten kann. Auch das Abspielen von HD-Videos ist damit kein Problem. Die Leistungsaufnahme solcher Geräte liegt bei sage und schreibe nur 5 W. Bei täglich 12 Betriebsstunden und 220 Werktagen pro Jahr kommen wir auf 13,2 kWh pro Jahr.

 

In (hoffentlich naher) Zukunft wird der klassische »Desktop-PC« Vergangenheit sein. An dessen Stelle rückt eine Art Tablet-PC mit entsprechenden Schnittstellen (USB und LAN). Diese lassen sich alternativ per Maus und Tastatur wie ein ganz normaler Desktop-PC bedienen oder per Touchscreen wie ein Tablet oder beides gleichzeitig. Auf Grund der Bildschirmdiagonalen von ganz grob 20 bis 40 Zoll werden diese Geräte natürlich wieder mehr Strom verbrauchen (Größenordnung: 20W für 20" - 40W für 40") und sind natürlich auch nur bedingt für den mobilen Einsatz geeignet. Für ein 20-Zoll-Gerät würde ich mal um die 40 kWh pro Jahr veranschlagen unter der genannten Nutzungsdauer (9*220 Stunden), also knapp die Hälfte heute üblicher Desktop-PC's. Erste primitive, dafür sehr teure Geräte, gibt es schon im Handel, hier werden wir bald noch richtig gute Überraschungen erleben.

Update März 2016:
So langsam wird es ja, erste erschwingliche Geräte kommen als »All-in-One-PC´s« langsam auf den Markt. Leider schweigen sich die Hersteller bzgl. Stromverbrauch noch »gründlich« aus, dieser dürfte jedoch wegen der fehlenden aktiven Kühlung mit 20W - 25W @ 23" recht niedrig sein:



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