Folding@Home Avaliação de rendimento, consumo e eficiência energética

Zeca Pagodinho · 8 de fevereiro de 2014

Avaliação de rendimento das GTX 670 e GTX 770 no Folding@Home

Tenho um wattímetro que uso para avaliar o consumo dos componentes elétricos de que disponho. Resolvi usá-lo para avaliar o consumo de energia do micro e, através de cálculos simples, uma inferência do consumo dos componentes desse micro. Como o wattímetro só mede o que a fonte demanda de energia, o único meio de obter o consumo real é através da avaliação da curva de rendimento na conversão de energia, o que podemos obter com os testes realizados no Clube do Hardware.

PC:

Placa-mãe ASUS Z87 Deluxe

Processador Core i7 4770K stock (3,5GHz, turbo até 3,9GHz), 4 cores, 8 threads

Memória RAM Kingston HyperX Blu, DDR3 1600MHz, 8GiB x 2 (Dual channel)

Fonte Corsair GS700 certificação 80 Plus Bronze (teste realizado pelo Clube do Hardware: https://www.clubedohardware.com.br/artigos/Teste-da-Fonte-de-Alimentacao-Corsair-GS700-Bronze/2647/1)

Slot PCI-E 1 com GeForce GTX 770 Gigabyte Windforce OC version (2 GiB de memória GDDR5 @ 7010MHz. Processador gráfico a 1241MHz)

Slot PCI-E 2 com GeForce GTX 670 Gigabyte Windforce OC version (2 GiB de memória GDDR5 @ 6008MHz. Processador gráfico a 1110MHz)

Ambos slots PCI-E rodando a 8X. O monitor está ligado à GTX 770.

GTX 770 - WU 8900, Core_17 (Zeta)

Sistema operacional Gentoo Linux 64 bits

Kernel 3.10.17 (gentoo-sources)

nVidia driver: 319.76

TPF: 4:01

PPD: 104632

GTX 670 - mesmo sistema, mesma WU e core

TPF: 4:55

PPD: 77261

Avaliação de consumo

Situação 01 - apenas a GTX 670 foldando.

Descrição: mantive a placa foldando sozinha, enquanto a GTX 770 se mantinha com o mínimo de uso. Aguardei o tempo necessário para que o core da GPU e do processador atingissem a temperatura média máxima e então obtive os dados do wattímetro.

Objetivo: obter o consumo máximo possível com esta placa de vídeo na situação específica descrita, visto que, com o aumento da temperatura, temos maior dificuldade para o fluxo de corrente elétrica e maior rotação dos FAN's para controlar a temperatura, requisitando maior potência para manter o mesmo rendimento do início do trabalho. Nessa nova condição de equilíbrio foi feita a leitura.

Resultado: 255W

Situação 02 – apenas a GTX 770 foldando

Descrição: mantive a placa foldando sozinha, enquanto a GTX 670 se mantinha sem uso. Da mesma forma que a descrita na situação 01, aguardei o tempo necessário para que o core da GPU e do processador atingissem a temperatura média máxima e então obtive os dados do wattímetro.

Objetivo: mesmo objetivo descrito anteriormente, acrescentando que, devido variação da eficiência da fonte em função da carga imposta, sendo esta curva uma curva em parábola invertida, demonstrarei que, apesar do maior consumo, considerar usar carga maior sobre a fonte pode ser útil para obter dela maior eficiência.

Resultado: 284W

Situação 03 – as duas placas de vídeo foldando ao mesmo tempo

Descrição: manter as duas placas de vídeo foldando, aguardando estabilização das temperaturas de núcleos de GPU e de CPU, para então realizar a leitura dos dados no wattímetro.

Resultado: 450W

2ª etapa – Calcular carga realmente utilizada pelas placas de vídeo, individualmente e em conjunto, relativizando de acordo com a curva de eficiência da fonte, descrita no teste do Clube do Hardware (Fonte Corsair GS700). tensão da rede: 220V (bifásico).

Situação 01 – potência AC medida de 255W, fonte trabalhando dentro da faixa de 19,5% e 39,5% da carga máxima da fonte, rendimento entre 85,3 e 87%. Potência realmente consumida pelo sistema nessas condições foi de 217,5 a 221,8W.

Como temos dois pontos próximos de uma curva ascendente (vide gráfico), tracei uma reta entre esses dois pontos e, através de geometria analítica, determinei a fórmula dessa reta e calculei a eficiência aproximada para a energia consumida na tomada AC. Desse modo podemos inferir eficiência de 86,32% com 31,56% da carga máxima da fonte. Potência real dispendida pelo sistema de aproximadamente 220,92W.

O mesmo foi feito para a situação 02 e 03, com resultados abaixo:

Situação 02 – potência AC medida de 284W, fonte trabalhando dentro da faixa de 19,5% e 39,5% da carga máxima, rendimento entre 85,3 e 87%. Potência realmente consumida pelo sistema nessas condições foi de 242,3 a 247W.

Com o cálculo da reta descrita anteriormente, podemos inferir eficiência de 86,64% com 35,25% da carga máxima da fonte. Potência real dispendida pelo sistema de aproximadamente 246,05W.

Situação 03 – potência AC medida de 450W, fonte trabalhando dentro da faixa de 39,5% e 59,2% da carga máxima, rendimento entre 86,2 e 87%. Potência realmente consumida pelo sistema nessas condições foi de 387,9 a 391,5W.

Com a fórmula da reta para este novo trecho da curva de eficiência, podemos inferir 86,35% de eficiência, com 55,4% da carga máxima da fonte. Potência real dispendida pelo sistema de aproximadamente 388,57W.

O somatório das condições 01 e 02 seria de 539W de potência AC. Entretanto, como bem sabido, essas duas condições incluem a potência solicitada por outros componentes do micro além da placa de vídeo, de modo que o somatório, pura e simplesmente, inclui duas vezes esses outros componentes (placa-mãe, memória RAM, discos rígidos, drives de DVD, CD, BlueRay, FAN's, e outros acessórios).

Sabendo que esses componentes trabalharam, nessas duas condições consideradas, com eficiência relativamente próximas, pode-se inferir o consumo do sistema de base com uma fórmula algébrica simples:

284 = sistema + placa de vídeo 02

255 = sistema + placa de vídeo 01

539 = 2x sistema + placa de vídeo 01 + 02

2x sistema = 539 – (placa de vídeo 01 + 02)

sistema = [539 – (placa de vídeo 01 + 02)]/2

450 = sistema + placa de vídeo 01 + 02

sistema = 450 – (placa de vídeo 01 + 02)

[539 – (placa de vídeo 01 + 02)]/2 = 450 – (placa de vídeo 01 + 02)

539 – (placa de vídeo 01 + 02) = 2*[450 – (placa de vídeo 01 + 02)]

539 – placa de vídeo 01 – placa de vídeo 02 = 900 – 2* placa de vídeo 01 – 2*placa de vídeo 02

placa de vídeo 01 + placa de vídeo 02 = 900 – 539

placa de vídeo 01 + 02 = 361W

sistema = 450 – (placa de vídeo 01 + 02)

sistema = 450 – 361

sistema = 89W (AC)

placa de vídeo 01 + sistema = 255

placa de vídeo 01 + 89 = 255

placa de vídeo 01 = 255 – 89

placa de vídeo 01 = 166W (AC)

placa de vídeo 02 + sistema = 284

placa de vídeo 02 + 89 = 284

placa de vídeo 02 = 284 – 89

placa de vídeo 02 = 195W (AC)

Donde é possível avaliar potência real dispendida pelos componentes de base do sistema em 76,9W.

Deve-se observar o seguinte: quando uma placa de vídeo está em uso, temos 1 núcleo do processador sempre trabalhando a 100% e quando temos duas são 2 núcleos trabalhando a 100%. Logo, a variável acima descrita como “sistema” não pode ser considerada a mesma nas situações com 1 ou 2 placas de vídeo ativas. O consumo do sistema de base quando duas placas de vídeo estão ativas é maior do que quando apenas uma está ativa. Como não fiz essa distinção para o cálculo acima, o resultado deve ser considerado como uma média dessas duas condições.

Cálculo de eficiência energética frente a pontuação obtida

As WU's com QRB nos levam a uma questão interessante: se um determinado hardware é mais pontente que outro, consome mais energia, mas também termina mais rápido o seu trabalho. Tempo e potência são inversamente proporcionais, mas o QRB interfere nessa equação pesando a favor do tempo, aumentando a eficiência dos hardwares mais fortes. Quanto? É o que calcularemos a seguir.

1) GTX 770 – TPF de 4:01.

Tempo total estimado para processamento da referida WU: 24100 segundos.

Energia consumida

Sozinha: 284 * 24100 = 6844400 joules

2) GTX 670 – TPF de 4:55

Tempo total estimado para processamento da referida WU: 29500 segundos

Energia consumida

Sozinha: 255 * 29500 = 7522500 joules

03) GTX 670 + GTX 770

24100 segundos com as duas placas de vídeo processando em conjunto

(29500 – 24100) segundos com apenas a GTX 670 processando

Energia consumida

450 * 24100 + 255 * (29500 – 24100) = 10845000 + 1377000

12222000 joules

Como visto nos cálculos, a energia é dada pelo produto da potência e o tempo. No caso temos a potência em watts e o tempo em segundos. Entretanto joules é uma unidade de energia que não é muito utilizada no nosso dia a dia, de modo que fica difícil mensurar o consumo nessas condições. Na conta de energia elétrica o consumo é mensurado em KWh (quilowatt-hora). Essas duas unidades (kilowatt e hora) podem ser relacionadas a watt e segundo, basta dividirmos o resultado em joules por 3600000.

1000 watts = 1 KW

3600 segundos = 1 h

3600*1000 = 1 KWh

01) 6844400 joules = 1,9012 KWh – 104632 pontos; 55034,715 pontos/KWh

02) 7522500 joules = 2,0896 KWh – 77261 pontos; 36974,062 pontos/KWh

03) 12222000 joules = 3,395 KWh – 181893 pontos; 53576,73 pontos/KWh