Inhaltsverzeichnis

Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Inhaltsverzeichnis
• 1 Titel
• 2 Einleitung
• 3 Definition HTPC
• 4 Anforderungen
♦ 4.1 Digital Visual Interfave (DVI)
♦ 4.2 High Definition Multimedia
Interface (HDMI)
♦ 4.3 High Definition TV (HDTV)
♦ 4.4 Digital Video Broadcasting
(DVB)
♦ 4.5 Blu Ray-Disc (BD)
♦ 4.6 Energieeffizienz
◊ 4.6.1 Thermal Design
Power (TDP)
◊ 4.6.2 80plus
◊ 4.6.3 Power Management
⋅ 4.6.3.1 APM
⋅ 4.6.3.2
APM-Betribsarten
⋅ 4.6.3.3 ACPI
⋅ 4.6.3.4
ACPI-Betriebsarten
⋅ 4.6.3.5 Immer
vorhandene
Betriebsarten
♦ 4.7 Software
◊ 4.7.1 Microsoft Windows
Media Center
• 5 Hardwarekonzept
♦ 5.1 Energiesparhardware
◊ 5.1.1 Intel Technologien
⋅ 5.1.1.1 Enhanced
Speedstep
⋅ 5.1.1.2 Nettop und
Atom (230/330)
◊ 5.1.2 AMD Technologien
⋅ 5.1.2.1 Power
Now!
⋅ 5.1.2.2 Cool 'n'
Quiet
♦ 5.2 CPU und Mainboard [24]
♦ 5.3 HDD
♦ 5.4 Hardwareauswahl
• 6 Messung der Leistungsaufnahme
♦ 6.1 Leistungsmessgerät
♦ 6.2 Systemkonfiguration
♦ 6.3 Testläufe
♦ 6.4 Ergebnis
Inhaltsverzeichnis
1
Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
◊ 6.4.1 Messungen
• 7 Fazit
• 8 Fußnoten
• 9 Quellen- und Literaturverzeichnis
1 Titel
Name des Autors:
Titel der Arbeit:
Hochschule und
Studienort:
Sascha Kappmeier
"Konzeption und Aufbau eines energieeffizienten HTPCs (Home Theater Personal
Computer)"
FOM Düsseldorf
2 Einleitung
Viele Wohnzimmer besitzen heute einen DVD-Player, einen Receiver für digitales Fernsehen und einen
Fernseher, der hoch auflösende Bilder darstellen kann. Ebenfalls wächst die Anzahl von Internetdiensten, die
Onlinemedien, wie Filme auf Abruf bereitstellen. Hierfür ist auch wieder ein separates Gerät nötig mit einer
eigenen Fernbedienung. Eine Möglichkeit, all diese Funktionen zu vereinen und die Steuerung auf eine
Fernbedienung zu minimieren, ist ein HTPC. Ziel dieser Arbeit ist es, ein energieeffizientes Konzept für einen
solchen zu entwickeln, dieses umzusetzen und nach seiner tatsächlichen Leistungsaufnahme zu testen.
3 Definition HTPC
Im allgemeinen Sinn ist ein Home Theater PC (HTPC) ein ?personal computer?, der jede Art von
Unterhaltungsmaterial, erwerben, speichern, verwalten und abspielen kann. Nach heutigen Standards beinhalten
dies, digitales Fernsehen, DVD/Blueray Filme, Musik, digitale Fotos sowie Internet-Radio. Durch einen
Internet-Zugang können auf Nachrichten- und Wetterdienste zugegriffen werden, sowie auf Programmführer für
das Fernsehprogramm [1]. Der HTPC ersetzt konventionelle Hi-Fi-Geräte und findet auch in Gehäusen Platz, die
nach solchen aussehen [2]. Neben der Bezeichnung HTPC ist auch die Bezeichnung ?Media Center PC? geläufig.
Im deutschen Sprachgebrauch wird dieser auch Wohnzimmer-PC, Mediencomputer oder Fernsehcomputer
genannt.
4 Anforderungen
4.1 Digital Visual Interfave (DVI)
Digital Visual Interface (DVI) ist ein PC-Schnittstellenstandard für den digitalen Anschluss von LCD-Displays,
Projektoren, Bildschirmen, Plasma-Displays oder Kameras. Diese Digital-Schnittstelle erleichtert die Anpassung,
weil Takt- und Phaseneinstellungen überflüssig werden.
Die DVI-Schnittstelle basiert auf TMDS; sie wurde von der DDWG entwickelt, in der namhafte Hersteller
mitarbeiten, so Compaq, Intel, IBM, HP und NEC. Die Datenübertragung erfolgt über das Panel-Link mit
insgesamt sechs Kanälen, die für eine Bandbreite von 330 MHz sorgen. Entsprechend reicht die Auflösung bis zu
1 Titel
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QXGA mit 2.048 x 1.536 Pixel mit Farbtiefen von 12 Bit und 24 Bit. Das bedeutet, dass diese Schnittstelle alle
VGA-Versionen und HDTV unterstützt. Bei den DVI-Steckern unterscheidet man zwischen einem rein digitalen
Interface (DVI-D) mit 24 Pins, bei dem keine analogen Signale eingespeist werden können, und der
DVI-I-Schnittstelle mit 29 Pins, die mit digitalen und analogen Videosignalen arbeitet. Die DVI-I ist kompatibel
zu den analogen Videosignalen und zu Digitalvideo. Bei dem 29-poligen Stecker werden über die vier weiteren
Steckkontakte, die RGB- und Synchronsignale übertragen[3].
4.2 High Definition Multimedia Interface (HDMI)
HDMI ist eine Schnittstelle für die Übertragung von multimedialen Daten, von Video und Audio, sowie von
Steuersignalen. Diese Schnittstelle setzt auf dem Digital Visual Interface (DVI) auf und unterstützt den
Kopierschutz High-Bandwidth Digital Content Protection (HDCP), welches die zu übertragenen
Multimedia-Daten verschlüsselt. Mit HDMI lassen sich Daten von bis zu 10,2 Gbit/s übertragen und es werden
Farbtiefen von bis zu 48 Bit unterstützt. Der HDMI-Stecker Typ A mit 19 nach innen liegenden Kontakten hat
eine Breite von 20,9 mm im Gegensatz zu den 39,5 mm für den DVI-Stecker. Darüber hinaus gibt es eine weitere
Steckervariante, den Typ B, mit 29 Kontakten. Der breitere Typ-B-Stecker ermöglicht
Dual-Link-Konfigurationen mit der die Datenraten verdoppelt werden können. Neben der Standardgröße gibt es
auch den Mini-HDMI-Stecker. Die Signale vom HDMI- und DVI-Stecker sind miteinander kompatibel. Die
HDMI-Schnittstelle ist für die Konsumelektronik von besonderer Bedeutung, da darüber die
Fernbedienungsprotokolle AV.link und das CEC-Protokoll übertragen wodurch Steuersignale einer einzigen
Fernbedinung an die einzelnen an die HDMI-Schnittstelle angeschlossenen Konsumergeräte verteilt werden
können, an Radios und Fernseher, Tuner und Receiver, Recorder und Settop-Boxen. Andererseits können über
HDMI auch bis zu acht diskrete Audiokanäle übertragen werden, wodurch Audiosysteme in 7.1 unterstützt
werden. Das bedeutet, dass man digitales Video und Mehrkanal-Audio über ein einzelnes Datenkabel mit einer
Länge von bis zu 15 m übertragen kann[4].
4.3 High Definition TV (HDTV)
?High Definition TeleVision ? ist der Sammelbegriff für eine Familie neuer Systeme für den Fernsehrundfunk
und die Bilddarstellung in Medizin, Industrie und vergleichbaren professionellen Applikationen.?[5] Grundsätzlich
gibt es zwei Darstellungsvarianten, einmal in der Auflösung 1920 x 1080 progressiv oder interlaced und 1280 x
720 progressiv mit jeweils unterschiedlichen zeitlichen Auflösungen. Daraus resultieren verschieden Typen wie
z.B. 1080 60p (oder anders 1080p/60), mit einer vertikalen Auflösung von 1080 Pixeln und knapp 60 Bilden pro
Sekunde im Progressiv-Modus[6].
4.4 Digital Video Broadcasting (DVB)
DVB ist ein europäischer Standard zur Übertragung digitaler Fernsehsignale. Es gibt derzeit drei Standards,
DVB-C für digitales Kabelfernsehen, DVB-T für terrestrische Programme und DVB-S für die digitale
Satellitenübertragung. Durch die einheitliche Verwendung des Komprimierungsverfahrens MPEG-2, wird die
Datenrate eines PAL-Bildes von 166 Mbit/s auf ca. 8 Mbit/s verringert, also um den Faktor 20. Durch die höhere
Bandbreite ist auch die Übertragung von TV-Signalen in HD-Qualität möglich. Die digitalen Tondaten werden
durch das in Deutschland entwickelte MUSICAM-Verfahren ebenfalls von 1,4 Mbit/s(CD-Qualität) auf 200
Kbit/s komprimiert[7].
4.1 Digital Visual Interfave (DVI)
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4.5 Blu Ray-Disc (BD)
Eine Blu-Ray-Disc (BD) ist ein optischer Speicher in der Größe einer Compact Disc (CD). Sie ist wie eine DVD
mehrschichtig aufgebaut, besitzt jedoch eine wesentlich größeren Speicherkapazität. Darüber hinaus bietet die
Blu-Ray-Disc theoretisch die Möglichkeit, bis zu achtlagige Speicherschichten anzusteuern. Die Blu-Ray-Disc hat
ihren Namen wegen des blauen Laserlichtes, das eine sehr kurze Wellenlänge hat. Dadurch können die
Datenspuren enger als bei der DVD gehalten werden, wodurch die höhere Speicherdichte erreicht wird.
Blu-Ray-Disc gibt es in den Formaten BD-ROM, BD-R und BD-RE. Bei 1-lagiger Beschichtung beträgt die
Speicherkapazität 23,3 GB, 25 GB oder 27 GB/Seite, welche mit den Channel Bits zusammenhängt. Bei 2-lagiger
Beschichtung beträgt sie bis zu 50 GB/Seite. Darüber hinaus ist an 4-lagige Disks mit 100 GB Speicherkapazität
gedacht. Die maximale Datenrate beträgt 36 Mbit/s, welche dem 3,3 fachen einer DVD entspricht. Mit der
Speicherkapazität einer Blu-Ray-Disc können bis zu 13 Stunden Videodaten und etwa zwei Stunden HDTV
aufgezeichnet werden [8].
4.6 Energieeffizienz
Gemäß dem ökonomischen Prinzips versteht man unter Energieeffizienz entweder, anhand eines gegebenen
Energieverbrauchs eine maximale Leistung zu erzielen oder bei gegebener Leistung den Energiebedarf zu
minimieren. Im Falle eines HTPC sind die zu erbringenden Leistungen vorgegeben. Ziel dieser Arbeit ist es nun,
ein Hardwarekonzept zu erstellen, welches den Energiebedarf möglichst minimiert.
4.6.1 Thermal Design Power (TDP)
CPU-Hersteller geben für ihre Prozessoren eine so genannte Thermal Design Power (TDP) an. Diese maximal
abgegebene Wärmeleistung muss das Kühlsystem des Prozessors abführen können. Da ein Prozessor beinahe alle
aufgenommene elektrische Energie in Wärme umwandelt, liefert die TDP auch einen Richtwert für die maximale
elektrische Leistungsaufnahme der CPU. Allerdings schöpfen viele Prozessoren ihre nominelle TDP selbst unter
Volllast nicht voll aus. Bei typischer Nutzung läuft der Hauptprozessor von Büro- und Heimrechnern und
Notebooks nur selten und kurzzeitig unter hoher Last. Zur Einschätzung der mittleren Leistungsaufnahme ist
deshalb der Leerlauf-Energiebedarf (On/Idle) des Prozessors der wichtigere Wert. Die Leistungsaufnahme eines
Prozessors beeinflussen viele Parameter: Die Taktfrequenz geht linear in die elektrische Leistung ein. Einen
quadratischen Einfluss hat hingegen die Kernspannung. Außerdem erfordern höhere Taktfrequenzen auch höhere
Kernspannungen. Mit der Kernspannung steigt typischerweise auch die Leckleistung deutlich, die im Leerlauf die
wesentliche Größe ist. [9]
4.6.2 80plus
Das Programm ?ENERGY STAR? ist ein internationales freiwilliges Kennzeichnungsprogramm für Strom
sparende Bürogeräte, das 1992 vom US-amerikanischen Umweltbundesamt (EPA) ins Leben gerufen wurde.
Durch ein Abkommen mit der US-Regierung nimmt die Europäische Gemeinschaft am ENERGY
STAR-Programm teil, soweit sich dieses auf Bürogeräte bezieht?[10]. Ein wichtiger Bestandteil der
Energy-Star-4.0-Richtlinien ist der 80-Plus-Standard. Dieser bezieht sich speziell auf die im Computer
eingesetzten Netzteile. Die neuen Spezifikationen für die Stromversorgung fordern neben einem hohen
Wirkungsgrad auch eine bessere Stromqualität der Geräte. Erfüllen die Netzteile die strengen Reglements, können
sie sich mit dem entsprechenden Logo schmücken.
4.5 Blu Ray-Disc (BD)
4
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Der Wirkungsgrad wird aus dem Quotienten der Ausgangswirkleistung zur Eingangswirkleistung gebildet. Je
höher dieser Faktor (Idealerweise 1 oder 100 Prozent), desto besser das Netzteil beziehungsweise der
Wirkungsgrad. Je kleiner der Wirkungsgrad, desto mehr elektrische Energie setzt das Netzteil in nutzlose
Wärmeenergie um. Die bisher handelsüblichen Netzteile arbeiten mit einem Wirkungsgrad von zirka 60 bis 70
Prozent bei 50 Prozent Auslastung. Der Wirkungsgrad verschlechtert sich, wenn das Netzteil abseits des
prozentualen Richtwerts arbeitet.
Die 80-Plus-Verordnung schreibt bei internen Desktop-Netzteilen vor, dass bei 20, 50 und 100 Prozent
elektrischer Auslastung des Energiespenders der Wirkungsgrad von 80 Prozent nicht unterschritten werden darf.
Um eine 80-Plus-Zertifizierung für ein Netzteil zu bekommen, müssen die Hersteller diese Werte messtechnisch
von der 80plus.org überprüfen lassen. Die Prüfdaten werden in einem Prüfprotokoll festgehalten und auf der
Webseite veröffentlicht.[11]
Derzeit existieren vier 80plus Zertifikate, um den Grad der Effizienz noch weiter zu differenzieren.
Name
Wirkungsgrad bei 100% Last
Wirkungsgrad bei 50% Last
Wirkungsgrad bei 20% Last
80 Plus
80 %
80 %
80 %
80 Plus Bronze
82 %
85 %
82 %
80 Plus Silber
85 %
88 %
85 %
80 Plus Gold
87 %
90 %
87 %
4.6.3 Power Management
4.6.3.1 APM
Das von Intel und Microsoft entwickelte Advanced Power Management (APM) dient der Senkung des
Stromverbrauchs von PCs, im Besonderen von akkubetriebenen Laptops und Notebooks. Bei diesem
Power-Management hat die Firmware und die Hardware direkten Zugriff auf die Werte für die Stromaufnahme
und können nicht aktiv in den Verarbeitungsprozess eingebundene Hardware-Komponenten in einen
Stand-by-Modus schalten. Da die Eingabegeräte wie Tastatur und Maus ebenso wie die Schnittstellen überwacht
werden, schaltet APM bei eingehenden Aktionen die jeweilige Komponente wieder in den Normalbetrieb. Von
der Funktionalität her bietet APM nur einfachere Regelungen gegenüber ACPI. [12]
4.6.3.2 APM-Betribsarten
Bei den Betriebsarten unterscheidet man zwischen dem Hibernation, das bei sinkender Akkuspannung oder auch
nach einer voreingestellten Zeitspanne in der keine Bedienung erfolgt ist, aktiviert wird, den
Suspend-Betriebsarten Suspend-to-Disk und Suspend-to-RAM, und dem Aufweckbetrieb, dem Wake-up-Modus.
Im Suspend-Modus arbeiten die Geräte nicht mehr aktiv, achten aber noch auf die Wake-up-Signale[13].
4.6.2 80plus
5
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4.6.3.3 ACPI
Das Advanced Configuration and Power Management Interface beschreibt die Spezifikation zur Konfiguration
und Steuerung des Powermanagements von PCs. Hierzu gehören der Schutz vor thermischer Überhitzung, sowie
die Steuerung der verschiedenen Energiesparmodi, welche den PC schneller und energiesparsamer reaktiviert, als
der rechenintensive BOOT-Vorgang. Um diese Funktionen zu nutzen, ist ein ACPI-fähiges Betriebssystem
notwendig[14].
4.6.3.4 ACPI-Betriebsarten
Generell unterscheidet die Spezifikation die Modi des kompletten PC (System), welche für den User sichtbar sind,
(Kürzel beginnt mit G, etwa G1, G2, G3 etc.), des Prozessors/der Prozessoren (CPU) (C1, C2 etc.) und von
Geräten (Devices) (D0, D1 etc.) . Der Sleep-Modus wird dann noch mal in weiter untergliedert[15].
Globale Betriebszustände des Systems[16]
◊ G0 - (Working) Das System arbeitet normal. Programme werden ausgeführt und auf
User-Eingaben wird sofort reagiert.
◊ G1 - (Sleeping) Das System befindet sich in einem Sleep-Modus. Auf Eingaben wird nicht sofort
reagiert und Programme werden nicht ausgeführt. Das System kann jedoch ohne Neustart wieder
aktiviert werden.
◊ G2 - (Soft-Off) Das System ist herunter gefahren, jedoch am Stromnetz angeschlossen und
verbraucht minimal Strom. Zur Reaktivierung muss es neu gestartet werden.
◊ G2 - (Mechanical-Off) Das System ist herunter gefahren und nicht mehr am Stromnetz
angeschlossen und verbraucht somit auch keine Standby-Spannung mehr. Zur Reaktivierung
muss es neu gestartet werden.
Betriebsarten des Prozessors:[17]
◊ C0 - Prozessor führt Befehle aus.
◊ C1 - (halt) Der Prozessor befindet sich im Halt-Modus und kümmert sich weiterhin um die
Cache-Integrität.
◊ C2 - (stop-clock) Spezieller Betriebsmodus für Multiprozessor-Systeme. Hierbei wird ein
Prozessor in den Schlafmodus(C3) versetzt, während der andere mit voller Leistung arbeitet.
◊ C3 - (sleep) Der Prozessor ist quasi abgeschaltet. Er kümmert sich nicht mehr um die
Cache-Integrität. Das Betriebssystem muss alle CPU-Register und die Caches neu laden, wenn
ein Interrupt oder ein Busmaster-Zugriff auf den Hauptspeicher erfolgt.
Betriebsarten des Sleep-Modus [18]
◊ S0 - Das System arbeitet normal.
4.6.3.3 ACPI
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◊ S1 - CPU im Stop Grant (C1), Bildschirm aus, RAM im Self-Refresh, alle Systemzeitgeber aus
(bis auf RTC), Netzteil läuft aber weiter, PCI-Bus voll versorgt (Grafikkartenlüfter läuft).
Aufwachen in den S0 innerhalb von wenigen Taktzyklen. Intel-Mobilprozessoren kennen den
QuickStart-Schlafzustand, der so schnell Ein- und Auszuschalten ist, dass er bereits zwischen
zwei Tastendrücken während der Eingabe ins Textprogramm aufgerufen wird.
◊ S2 - Wie S1, nur das an der CPU keine Spannung anliegt.
◊ S3 - Suspend-to-RAM (STR): Das Betriebssystem sichert den Systemzustand im Hauptspeicher
(RAM) und schaltet dann das Netzteil in den Soft-Off-Zustand. Einzige Versorgung des
Mainboards läuft so über die 5-Volt-Standby-Leitung. Daraus muss sich dann auch das komplette
RAM im Self-Refresh-Modus versorgen. Aufwachzeit beträgt wenige Sekunden. Nachteil hierbei
ist, das schon ein einziger falscher Treiber oder eine unsichere 5-Volt-Standby-Versorgung dazu
führen, dass das System entweder gar nicht erst in den S3 schaltet oder nicht mehr zuverlässig
aufwacht.
◊ S4 - Suspend-to-Disk (STD): Das Betriebssystem sichert den Systemzustand auf eine spezielle
Datei auf der Festplatte und schaltet dann das Netzteil in den Soft-Off-Zustand. Einzige
Versorgung des Mainboards läuft über die 5-Volt-Standby-Leitung. Das System kann ganz vom
Netz getrennt werden. Zum Aufwachen muss der BOOT-Vorgang des BIOS durchlaufen werden
bis das Betriebssystem anschließend wie aus dem S3 startet kann. Die Startzeit hängt dabei von
der Größe des installierten Hauptspeichers, und der Geschwindigkeit der Festplatte nach dem
Start ab. Moderne BIOSse schalten bereits beim Start den UDMA-Modus ein, was das
Aufwachen aus dem S4 enorm beschleunigt.
◊ S5 - Soft-Off: Betriebssystem fährt herunter und schaltet das Netzteil in den Soft-Off-Zustand.
4.6.3.5 Immer vorhandene Betriebsarten
◊ "Mechanical Off" (G3) - Netzteil des PC ist elektrisch vom Stromnetz getrennt, z.B. per
mechanischem Schalter am Netzteil
◊ "Working" (G0, ACPI S0) - PC arbeitet normal
4.7 Software
Bei der Software für einen HTPC geht es darum, alle nötigen Funktionen zum Abspielen oder Aufzeichnen von
Medien, über eine zentrale Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig muss diese Oberfläche für die
Darstellung auf einem TV-Gerät optimiert sein und auch aus Wohnzimmer-Entfernung gut zu lesen sein.
4.7.1 Microsoft Windows Media Center
Das Media Center von Microsoft bietet Funktionen zum Fernsehen, zum Abspielen von Medien wie MP3, DVD
oder Videos, zum Anzeigen von Bildern, sowie zum Zugriff auf Onlinedienste. Des Weiteren bietet es
Bibliotheken zum Aufbereiten der Musik- und Videodaten. Für die Fernsehfunktion werden auch Dual-Tuner
unterstützt, wodurch ein paralleles Gucken und Aufzeichnen zweier Sender möglich ist. Es steht ein
Programmführer zur Verfügung, welcher online aktualisiert wird. Während des Übertragens eines TV-Senders
bietet die Software eine Pausenfunktion, wodurch das Fernsehprogramm angehalten wird und bis zur weiteren
4.6.3.4 ACPI-Betriebsarten
7
Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Wiedergabe die Signale aufzeichnet [19].
5 Hardwarekonzept
5.1 Energiesparhardware
5.1.1 Intel Technologien
5.1.1.1 Enhanced Speedstep
Die Stromspartechnologie Speedstep, welche für Mobilprozessoren entwickelt wurde, passt den CPU-Takt sowie
die Spannung dynamisch an die geforderte Rechenleistung an. Somit werden die Leistungsaufnahme und die
Wärmeentwicklung reduziert.
5.1.1.2 Nettop und Atom (230/330)
Intel stellte im Juni 2008 seine Plattform ?Nettop '08? vor, welche sich durch eine niedrige TDP auszeichnet. Bei
dieser Plattform handelt es sich um einen fest integrierten Atom-Prozessor, einen Chipsatz mit integrierter Grafikund Audiolösung, sowie USB-Schnittstellen [20]. Mit der Plattform zusammen, stellt Intel die
Stromsparprozessoren Atom 230 mit einem Kern und im November den Atom 330 mit 2 Kernen vor, mit einer
TDP von 4 Watt, bzw. 8 Watt, bei einer Leistung von 1,6 Ghz.[21]
5.1.2 AMD Technologien
Im November 2008 veröffentlichte der Prozessorhersteller AMD Details über neue Stromsparprozessoren mit der
Bezeichnung Athlon 2650e mit einer TDP von 15 Watt bei einer Leistung von 1,5 Ghz mit einem Kern. Sowie
über den Athlon X2 3250e, welcher mit zwei Kernen bei 1,6 Ghz arbeitet, mit einer TDP von 22 Watt. Beide
Prozessoren sind derzeit nicht einzeln zu erwerben, sondern nur für Gerätehersteller vorgesehen [22]
5.1.2.1 Power Now!
Die stärkere Leistungsfähigkeit von Prozessoren führt zu einer erhöhten Leistungsaufnahme. Da für den
Mobil-Bereich die Akkudauer jedoch ein wichtiges Thema ist, entwickelte AMD die Stromspartechnologie
?Power Now!?. Diese erhöht die Akkudauer und führt dazu, dass die CPU nur seine volle Leistung bringt, wenn
die nötig ist. Braucht eine Anwendung nicht die volle Rechenkapazität, so werden die Taktfrequenz und die
Spannung der CPU mehrmals pro Sekunde dynamisch angepasst. Dies reduziert die Leistungsaufnahme und
erhöht die Akkudauer.
5.1.2.2 Cool 'n' Quiet
Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung von ?Power Now!? für den Desktopbereich. Ein Athlon 64
3400+ verbraucht durch diese Technik ca. 20 Watt weniger, als ohne aktives Cool 'n' Quiet. Je nach CPU werden
bis zu 5 Stufen, sogenannte P-States, unterstützt, welche die CPU auf bis zu 800 Mhz herunter taktet und die
4.7.1 Microsoft Windows Media Center
8
Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Kernspannung auf bis zu 1,1 V herab setzt[23]
5.2 CPU und Mainboard [24]
Klasse
CPU
Modell
Taktfrequenz
Max. Temperatur
TDP
Stromsparfunktion
Mainboard
Modell
Chipsatz
Onboard-Grafik
Video-Engine
Intel Nettop
Office AMD
Office AMD
Intel Atom 330
1,60 GHz
85,2 °C
8W
Enhanced Speedstep
AMD Athlon X2 4850e
2,50 Ghz
78 °C
45 W
Cool 'n' Quiet
AMD Athlon 5050e
2,60 Ghz
NA
45W
Cool 'n' Quiet
Speicherausbau
ECS P45GC
Intel 945GC & ICH7
Intel GMA 950
keine
VIA VT1708B HD-Audio
(6 Kanäle)
1 GB (1 Slot)
Gigabyte GA-MA74GM-S2H
AMD 740G/AMD SB700
ATi Radeon 2100
Avivo[25]
Realtek ALC888 HD-Audio (8
Kanäle)
8 GB (2 Slots)
1x PCIe x16
Gigabyte GA-MA78GM-S2H
AMD 780G/AMD SB700
ATI Radeon HD 3200
Avivo HD[26]
Realtek ALC889A HD-Audio (8
Kanäle)
16 GB (4 Slots)
1x PCIe x16
Steckplätze
1x PCI
nein
1x PCIe x1 2x PCI
ja
1x PCIe x1 2x PCI
ja
ja
ja
ja
Onboard-Sound
HDMI
S/PDIF-out
(Coaxial)
Wie die Vergleichstabelle zeigt, ist die Intel-Nettop-Klasse als Grundlage für einen HTPC ungeeignet. Sie bietet
keine HD-Wiedergabe und benötigt daher auch keinen HDMI-Ausgang. Eine Onboard-Video-Engine, welche die
CPU beim Verarbeiten von Videosignalen entlasten soll, ist ebenfalls nicht implementiert. Bei den Plattformen
von AMD gibt es nur geringe Unterschiede bei der Leistungsaufnahme, obwohl der Chipsatz 780G eine
leistungsstärkere Grafikkarte integriert hat, verbraucht dieser nur marginal mehr. Durch die Video-Engine ?Avivo
HD? benötigt die Plattform weniger Energie zum Abspielen von HD-Videos, da die CPU weniger in Anspruch
genommen wird und durch die Cool 'n' Quiet-Technik herunter getaktet wird [27].
5.3 HDD
Festplatten mit dem Formfaktor 2,5?, welche auch in Notebooks verbaut werden, haben eine geringere
Leistungsaufnahme als größere 3,5?-Festplatten. Da diese mittlerweile auch mit Kapazitäten von bis zu 500 GB
erhältlich sind, können sie auch im Desktop-Bereich genutzt werden. Die nachstehende Tabelle soll die
Unterschiede bei der Leistungsaufnahme verdeutlichen.
HDD
5.1.2.2 Cool 'n' Quiet
9
Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Kapazität
Formfaktor
Drehzahl
Stromverbrauch
(Schreib/Lese)
Stromverbrauch
(Suche)
Stromverbrauch
(Ruhe)
Fujitsu
MHT2060AH[28]
60 GB
2,5?
5.4000 U/min.
Toshiba
MK6021GAS [29]
60 GB
2,5?
4.200 U/min.
Maxtor Diamond Plus
9 6Y200MO [30]
200 GB
3,5?
7.200 U/min.
Seagate Barracuda
7200.7 [31]
120 GB
3,5?
7.200U/min.
2,3 W
2,3 W
8,3 W
13,0 W
2,5 W
2,6 W
11,3 W
13,5 W
0,85 W
0,7 W
7,1 W
9,0 W
Anhand der Vergleichstabelle lässt sich erkennen, dass sich durch die Nutzung einer 2,5?-HDD im Ruhezustand
bis zu 7 W sparen lassen. Im Schreib/Lese-Modus und im Suchmodus sind es ca. 10 W. Anhand der Drehzahlen
lassen sich bezüglich des Energiebedarfs keine großen Unterschiede feststellen, was die Nutzung einer
schnelleren Variante zulässt.
5.4 Hardwareauswahl
◊ CPU - AMD Athlon X2 5050e
◊ Mainboard - GigaByte GA-MA78GM-S2H
◊ HDD - Hitachi HTS545040KTA300 400 GB
◊ DVBT-Karte - Terratec Cinergy 2400i DT
◊ Gehäuse - Tacens aluminiumHT EXTREME
◊ BD-Laufwerk - Pioneer BDC-S02BK
◊ Netzteil - Seasonic SS-300SFD Active PFC, 80+
6 Messung der Leistungsaufnahme
Die Messungen werden anhand zweier Systemkonfigurationen durchgeführt, um hier die minimale
Leistungsaufnahme für die geforderten Leistungen zu erzielen. Getestet werden die Wiedergabe der gängigsten
Medien, sowie verschiedene Betriebsmodi des Rechners.
6.1 Leistungsmessgerät
Die Leistungsaufnahme wird mit Hilfe eines Leistungsmessgerätes namens ?Energy Check 3000? der Firma
?Voltcraft? gemessen. Der Messbereich liegt bei 1,5 W bis maximal 3000 W. Dies bedeutet, dass bei einer Unter5.3 HDD
10
Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
bzw. Überschreitung keine genauen Messungen möglich sind. Die Toleranz des Messgerätes liegt bei ±1% bis
1000 W, ±2% bis 2500 W und bei ±4% ab 2500 W[32].
6.2 Systemkonfiguration
◊ 2,6 Ghz C?n?C ? Bei dieser Konfiguration mit eingeschaltetem Cool?n?Quiet läuft die CPU je
nach Rechenanforderung auf maximal 2,6 Ghz und minimal auf 1 Ghz.
◊ 1,5 Ghz und 1 Ghz ? Sobald die CPU manuell getaktet ist, ist die Stromsparfunktion deaktiviert,
wodurch die CPU konstant auf 1,5 Ghz bzw. 1 Ghz rechnet. Hierbei soll der tatsächliche Nutzen
der Cool?n?Quiet - Technik geprüft werden.
Mit Hilfe des ?Amd Power Monitor Version 1.2.3? wird die Taktrate, die Stromaufnahme, sowie die Auslastung
der CPU überprüft. Dieser zeigt alle Daten separat für jeden Prozessor-Kern an[33].
6.3 Testläufe
◊ Booten ? In diesem Testlauf soll die benötigte Zeit des Bootvorgangs sowie die nötige
Leistungsaufnahme festgehalten werden, um später Vergleiche ziehen zu können, zwischen der
Nutzung der Sleep-Modi und des ständigen Herunterfahrens des Systems.
◊ Windows (Idle) ? Dieser Testlauf wird im Idle-Modus ausgeführt, in dem das Betriebssystem
keinerlei Programme ausführt, außer die nötigen Hintergrunddienste. In diesem Modus sollte die
Cool?n?Quiet-Technik den Prozessor auf das Möglichste herunter takten.
◊ MP3 Wiedergabe ? Dieser Testlauf soll die Leistungsaufnahme während der Musikwiedergabe
von komprimierten Musikdateien im mp3-Format testen.
◊ DVD-Wiedergabe ? Test der Leistungsaufnahme beim Abspielen einer DVD.
◊ Standby (S3-Suspend to RAM) und Ruhezustand (S4-Suspend to Disk) - In diesen beiden Tests
soll geprüft werden, in wie fern sich die Leistungsaufnahme zwischen den beiden Sleep-Modi
unterscheidet und wie sich diese auf die Aufwachzeit auswirken.
◊ Soft-Off (S5) ? Hierbei soll geprüft werden, ob die Leistungsaufnahme der vom Standby-Modus
S4 entspricht.
6.4 Ergebnis
6.1 Leistungsmessgerät
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Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Abbildung 1: Erweiterte Energieoptionen
Die Messung der Leistungsaufnahme unterlag, je nach Testlauf, also Betriebsart des Systems, starken
Schwankungen. Hierbei wurde abgewartet, bis sich die Leistungsaufnahme auf einen festen Wert eingependelt
hat, welcher dann für die jeweilige Messung genommen wurde. Dieses Verfahren funktionierte bei allen
Testläufen, bis auf dem des Bootvorgangs. Bei diesem Test blieb es bei den Schwankungen, wodurch eine genaue
Messung nicht möglich war.
Während des ersten Durchlaufs mit 2,6 Ghz und aktivierten Cool?n?Quiet zeigte der AMD Monitor im
Idle-Modus trotzdem die volle Taktrate von 2,6 Ghz an. Es stellte sich heraus, dass die erweiterten
Energieeinstellungen zuerst konfiguriert werden mussten, damit die CPU herunter getaktet wird. Wie folgende
Abbildung zeigt, geschieht dies über die Angabe des minimalen und maximalen Leistungszustandes (siehe
Abbildung 1).
Nachdem das System so konfiguriert war, dass die CPU im Idle-Modus auf 1,0 Ghz herunter getaktet wurde,
konnte mit den Testläufen fortgefahren werden (siehe Abblidung 2).
6.4 Ergebnis
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Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Abbildung 2: CPU Monitor bei 1,0 Ghz
6.4.1 Messungen
Testläufe
2,6 Ghz 1,5 Ghz 1,0 Ghz
Idle
37,5
43,3
37,7
MP3 Wiedergabe
39,0
48,9
40,6
DVD Wiedergabe 54,4
49,7
42,2
DVB-T Wiedergabe 54,4
51,0
42,4
Standby S3
2,2
2,0
2,0
Standby S4
<1,5
<1,5
<1,5
Standby S5
<1,5
<1,5
<1,5
Weiteres: Alle Wiedergaben liefen stabil und flüssig.
Wie die obige Tabelle zeigt, ist die Leistungsaufnahme im Idle-Modus bei 2,6 Ghz gleich, wie bei manuell
getakteten 1,0 Ghz. Dies bedeutet, dass die CPU mit 2,6 Ghz bei geringer Auslastung ebenfalls auf 1,0 Ghz läuft.
6.4.1 Messungen
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Abbildung 3: CPU Monitor bei 2,6 Ghz
Wie bei der MP3-Wiedergabe nur ein schwacher Anstieg zu beobachten war, so stieg sie bei der
DVD-Wiedergabe und bei der TV-Wiedergabe stark an. Hierbei war anhand des CPU-Monitors zu beobachten,
dass die CPU auf vollen 2,6 Ghz lief und nur gering ausgelastet war (siehe Abbildung 3). Die Kontrolle der
erweiterten Energieeinstellungen ergab, dass die vorherige Konfiguration zurückgesetzt war. Mehrmaliges
Wiederholen ergab stets dasselbe Ergebnis (siehe Abbildung 4).
6.4.1 Messungen
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Abbildung 4: Erweiterte Energieoptionen
zurückgesetzt
7 Fazit
Das Finden und Zusammenstellen von energieeffizienten PC-Komponenten ist nicht einfach. Außer der TDP der
Prozessoren gibt es keinerlei Angaben über Leistungsaufnahmen. Und diese ist nicht sehr aussagekräftig, da sie
wie beschrieben nur die maximale Leistungsaufnahme wiedergibt, die meist nicht erreicht wird. Der Hersteller
Intel ist der einzige, der die TDP ebenfalls für seine Mainboard-Chipsätze angibt, was einen Vergleich mit AMD
trotzdem schwierig macht, da dieser keine Angaben macht. Um hier also intelligente Vergleiche anstellen zu
können, ist man auf Testberichte von Print- oder Onlinezeitschriften abhängig. Dies verlangt intensives Suchen,
um auch die richtigen Komponenten vergleichen zu können. Das Analysieren und Vergleichen von Komponenten
wie TV-Karten oder DVD/BD-Laufwerken ist jedoch trotzdem nicht möglich, da es für solche Geräte weder Tests
noch Herstellerangaben gibt. Es ist auch nicht abzuschätzen, ob sich darüber weitere Einsparungen ergeben
könnten.
Dennoch ist im Vergleich zu herkömmlichen Komplett-PC?s, wie einem ?Medion Akoya E4320 MD 8396?,
welcher ende 2008 beim Discounter Aldi verkauft worden ist und eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von
71,9 Watt[34] hat, ein energieeffizientes Konzept gelungen. Generell ist ein Vergleich mit anderen
Komplett-Lösungen jedoch schwierig, da es sich bei dem Medion-PC um ein leistungsstärkeres Model handelt.
Noch effizienter könnte die Umsetzung mit den Prozessoren Athlon 2650e oder Athlon X2 3250e von AMD sein,
welche jedoch nicht einzeln erhältlich sind. Ein Vergleich mit Komplett-PC?s, welche diese CPU?s im Einsatz
haben, ist auch nicht möglich, da hierfür noch keine Tests zu Verfügung stehen.
7 Fazit
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Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
Wie die Messungen zeigen ist die Cool?n?Quiet-Technologie jedoch im Moment noch nicht die beste Lösung, da
diese, wie im Ergebnis beschrieben, bei bestimmten Wiedergaben vom Betriebssystem deaktiviert wird. Trotz
neuster Treiber und dem aktuellen Mainboard-Bios war hier keine Lösung zu finden. Hier gibt es also noch
weitere Optimierungsmöglichkeiten.
8 Fußnoten
1. ? Vgl. Tittel/Chin, Seite xxi
2. ? Vgl. c't Ausgabe 20/01 Artikel ?Maestro ... Musik und Video, s?il vous plaît!?
3. ? Vgl. DVI Spezifikation rev. 1.0
4. ? Vgl. HDMI Spezifikation 1.3
5. ? Vgl. Medienwissenschft S.2232
6. ? Vgl. Digitales Fernsehen HDTV/... S. 108
7. ? Vgl. Medienwissenschaft, S. 1355 f
8. ? Vgl. Blu-Ray Spezifikation
9. ? Vgl. Heise Online: http://www.heise.de/glossar/entry/6abd9bb2ddff7eb3
10. ? http://www.eu-energystar.org/de/index.html#note1
11. ? Vgl. http://80plus.com/80what.htm
12. ? Vgl. APM Spezifikation rev. 1.2
13. ? Vgl. APM Spezifikation rev. 1.2
14. ? Vgl. ACPI Spezifikation S.43
15. ? Vgl. ACPI Spezifikation S.39 ff
16. ? Vgl. ACPI Spezifikation S.37
17. ? Vgl. ACPI Spezifikation S.40
18. ? Vgl. ACPI Spezifikation S.267 ff
19. ? Vgl. http://www.microsoft.com/germany/windows/products/winfamily/mediacenter/default.mspx
20. ? Vgl.
http://www.computerbase.de/artikel/hardware/prozessoren/2008/test_intel_atom_nettops/3/#abschnitt_uebersicht_
21. ? Vgl.
http://www.pcwelt.de/start/mobility_handy_pda/notebook/news/163979/intel_stellt_atom_offiziell_vor/
22. ? Vgl.
http://www.computerbase.de/news/hardware/prozessoren/amd/2008/september/weitere_details_amds_stromspar-p
23. ? Vgl.
http://www.computerbase.de/artikel/hardware/prozessoren/2004/anleitung_athlon_64_coolnquiet/2/
24. ? Vgl.
http://www.computerbase.de/artikel/hardware/prozessoren/2008/test_intel_atom_330/2/#abschnitt_technische_date
25. ? Vgl. C't 2008 Heft 12
26. ? Vgl. C't 2008 Heft 12
27. ? Vgl. http://www.silentpcreview.com/article859-page5.html
28. ? Vgl. http://www.computerbase.de/artikel/hardware/laufwerke/2004/test_vier_25-festplatten/
29. ? Vgl. http://www.computerbase.de/artikel/hardware/laufwerke/2004/test_vier_25-festplatten/2/
30. ? Vgl. http://www.computerbase.de/artikel/hardware/laufwerke/2004/test_vier_s-ata_festplatten/3/
31. ? Vgl. http://www.computerbase.de/artikel/hardware/laufwerke/2004/test_vier_s-ata_festplatten/3/
32. ? Vgl. ?Energy Check 3000? Bedienungsanleitung Vers. 04/07
33. ? Vgl. Amd Power Monitor
http://www.amd.com/us-en/Processors/TechnicalResources/0,,30_182_871_9706,00.html
8 Fußnoten
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Konzeption_und_Aufbau_eines_energieeffizienten_HTPCs_(Home_Theater_Personal_Computer)
34. ? Test PC-Welt.de
http://www.pcwelt.de/start/computer/pc/tests/182329/medion_akoya_e4320_md_8396/index3.html
9 Quellen- und Literaturverzeichnis
Medienwissenschaft(2002)
Digitales Fernsehen
HDTV/ HDV& Avchd für
ein- und Umsteiger (2008)
Ed Tittel, Mike Chin
(2005)
DVI Spezifikation
HDMI Spezifikation
APM Spezifikation
ACPI Spezifikation
BD Spezifikation
Ein Handbuch zur Entwicklung der Medien und Kommunikationsformen. 3. Teilband; Joachim
Leonhard, Hans-Werner Ludwig, Dietrich Schwarze, Erich Strabner
Wolfgang Dr. -Ing. Wunderlich
Build the Ultimate Home Theater PC
http://www.ddwg.org/lib/dvi_10.pdf
http://www.hdmi.org/download/HDMISpecification13a.pdf
http://download.microsoft.com/download/1/6/1/161ba512-40e2-4cc9-843a-923143f3456c/APM
http://www.acpi.info/DOWNLOADS/ACPIspec30a.pdf
http://www.blu-raydisc.com/Assets/Downloadablefile/general_bluraydiscformat-15263.pdf
9 Quellen- und Literaturverzeichnis
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