Оптимизация энергопотребления игровых платформ

Обычно в качестве игровых платформ рассматриваются только настольные системы, поскольку современные игры предъявляют достаточно высокие требования к аппаратным ресурсам компьютера. Однако в настоящее время возможности портативных ПК вполне сравнимы с возможностями настольных, поэтому многие любители игр готовы изменить привычный взгляд на игровые платформы. По мере оптимизации игровых приложений под мобильные ПК увеличивается важность такой важной характеристики устройства, как время его работы от батарей. В этой статье анализируется зависимость энергопотребления портативных ПК от различных игровых настроек (качество графики, разрешение, количество кадров в секунду (FPS) и др.) Цель исследования – подбор оптимальных игровых настроек для портативных ПК, работающих от батарей.

Авторы статьи попытались подобрать игровые настройки, которые обеспечивают максимальное время работы ноутбука от батарей. Результаты исследования показали, что в оптимизации энергопотребления платформы немалую роль играют настройки программного обеспечения.

Измерение энергопотребления отдельных компонентов мобильной платформы – непростая задача. Для точной оценки энергопотребления мобильных платформ предназначено несколько специальных утилит, однако они не выдают точные данные по отдельным компонентам платформы. Более точным, но в то же время трудоемким способом является использование инструментов сбора информации (DAQ), с помощью которых можно измерить энергопотребление даже отдельных компонентов платформы. Ниже приведены данные по конфигурации испытательного стенда и по методике измерения энергопотребления.



Рис. 1. Испытательный стенд.

Испытательный стенд:

• конечный ПК (Napa/Yonah), оборудованный специальной системной платой с термодатчиками, которые установлены на каждом целевом компоненте (например, процессоре) и подключены к модулю, соединенному с блоком NetDAQ
• блок NetDAQ измеряет силу тока и падение напряжения на терморезисторах, которые установлены на конечном ПК и подключены к специальным модулям. NetDAQ подключен к главному ПК через кросс-кабель (см. рис. 1)
• главным ПК может быть любая система на базе 32-разрядной архитектуры Intel® под управлением ОС Microsoft Windows* XP, с установленным регистратором NetDAQ, который вычисляет среднее энергопотребление целевых компонентов системы (Вт) на основе измеренных значений силы тока и падения напряжения. Интервал выборки, использованный при анализе, составляет 25 мс. При измерении энергопотребления платформы не учитывалась мощность потребления ЖК-дисплея

Установка 1:
Аппаратное обеспечение

• Fluke NetDAQ® 2686A
• Конечный ПК: процессор Intel® Core™ Duo Yonah с частотой 2 ГГц, системная плата Jamison Canyon* CRB, оперативная память 2x512 Гб DDR2, жесткий диск 40Гб SATA 5400 rpm (портативный, 2,5”), привод CD/DVD, ОС Microsoft Windows* XP Professional SP2
• Главный ПК: любая система на базе 32-разрядной архитектуры Intel®

Программное обеспечение

• тестовые приложения (в процессе тестирования были использованы различные приложения)
• регистратор NetDAQ: ПО Fluke* DAQ v2.2

Установка 2:
Аппаратное обеспечение

• Портативный ПК Sony* VAIO на базе процессора Core Duo (2 ГГц) с поддержкой технологии Intel® Centrino® для мобильных ПК
• анализатор энергопотребления Extech*

Программное обеспечение

• регистратор энергопотребления Extech*
• три игровых приложения (два шутера от первого лица и одна стратегия реального времени). Для шутеров от первого лица, в отличие от стратегий, характерна повышенная частота смены кадров

Рассмотрим влияние уровня яркости ЖК-дисплея на энергопотребление платформы, на которой не запущено никаких приложений.



Рис. 2. Зависимость энергопотребления бездействующей платформы от яркости ЖК-дисплея.

Тестирование показало, что снижение яркости ЖК-дисплея с максимального до минимального уровня позволило снизить энергопотребление ноутбука Sony приблизительно на 5 Вт, что составило 32% (см. рис. 2). Таким образом, снижение яркости ЖК-дисплея приводит к уменьшению энергопотребления (уровень которого также зависит и от приложений, запущенных в системе).

Теперь оценим энергопотребление системы при запуске в ней различных игровых приложений. Измерения проводились в двух тестовых системах:

1. ноутбук Sony VAIO на базе процессора Intel Core Duo, с графическим адаптером nVidia 7400
2. ноутбук на базе инженерного образца процессора Intel Core Duo, с графическим адаптером nVidia 7800

Уровень энергопотребления платформы измерялся при различных настройках

1. разрешения, которое зависит от конфигурации системы и ядра игрового приложения
2. графики, в том числе качества текстур, шейдеров, прорисовки теней, тумана и водных поверхностей. Например, для шейдеров предусмотрено три уровня (высокий, нормальный и низкий). Уровень настройки шейдеров влияет на прорисовку поверхности трехмерных объектов (в том числе на эффекты освещения, затенения и отражения и т. п.) и определяет объем предварительной обработки изображения
3. частоты смены кадров (в процессе тестирования анализировалась взаимосвязь между частотой смены кадров и энергопотреблением платформы)

На рис. 3 представлена зависимость энергопотребления от разрешения игры, установленная для ноутбука Sony с графическим адаптером nVidia 7400. Чем ниже столбец на диаграмме, тем ниже энергопотребление. Например, голубой столбец (для игр А и Б) обозначает номинальное энергопотребление (то есть условную отметку 1,0), относительно которой промасштабированы другие столбцы. При запуске игры А с разрешением 800 х 600 энергопотребление платформы снижается на 5% относительно номинального уровня, а при запуске той же игры с разрешением 640 х 480 – на 8%.



Рис. 3. Зависимость энергопотребления от разрешения игры, установленная для ноутбука Sony.

На рис. 4 представлена зависимость энергопотребления от разрешения игры, установленная для ноутбука на базе процессора Intel Core Duo с графическим адаптером nVidia 7800. Согласно диаграмме, энергопотребление платформы уменьшалось при запуске игры с меньшим разрешением. Необходимо отметить, что данная конфигурация системы ограничила число возможных разрешений для игры Б до двух.



Рис. 4. Зависимость энергопотребления от разрешения игры, установленная для ноутбука на базе инженерного образца процессора Intel.

На рис. 5 представлена зависимость энергопотребления от качества графики, установленная для ноутбука Sony VAIO с графическим адаптером nVidia 7400. Голубой столбец соответствует номинальному энергопотреблению платформы (то есть условной отметке 1,0), уровень которой меняется в зависимости от конфигурации системы и графического адаптера. Второй столбец соответствует энергопотреблению при низком качестве графики. Таким образом, минимальный уровень качества графики любой из трех запущенных игр снижал энергопотребление платформы.



Рис. 5. Зависимость энергопотребления от качества графики, установленная для ноутбука Sony.

Энергопотребление ноутбука на базе инженерного образца процессора Intel Core Duo с графическим адаптером nVidia 7800 также снижалось при запуске игр с низким качеством графики (рис. 6).



Рис. 6. Зависимость энергопотребления от качества графики, установленная для ноутбука на базе инженерного образца процессора Intel.

В процессе тестирования измерялось энергопотребление платформ при запуске игр с различными значениями частоты смены кадров. Номинальным уровнем энергопотребления ноутбука Sony VAOI считалось значение, измеренное при запуске игры А с 20 FPS (кадров в секунду), представленное голубым столбцом. Коричневый столбец соответствует 15 FPS, бежевый – 10 FPS. Для игры Б номинальным уровнем энергопотребления считалось значение, измеренное при запуске игры Б с 60 FPS (голубой столбец). Коричневый столбец соответствует 30 FPS, бежевый – 20 FPS. Согласно данным, представленным на рис. 7, энергопотребление платформы снижалось с уменьшением значения FPS.



Рис. 7. Зависимость энергопотребления от частоты смены кадров, установленная для ноутбука Sony.

На рис. 8 представлены результаты аналогичных измерений, проводимых с ноутбуком на базе инженерного образца процессора Intel Core Duo с графическим адаптером nVidia 7800. Благодаря мощному графическому адаптеру игра А в данной системе запускалась с более высокой частотой смены кадров по сравнению с ноутбуком Sony VAIO. Для игры А голубой столбец диаграммы соответствует номинальному значению FPS, а коричневый – уровням в 60 FPS и 30 FPS. Для игры Б голубой столбец соответствует 60 FPS, коричневый – 30 FPS, бежевый – 20 FPS. Тестирование показало, что следствием уменьшения частоты смены кадров является снижение энергопотребления платформы.



Рис. 8. Зависимость энергопотребления от частоты смены кадров, установленная для системы на базе инженерного образца процессора Intel.

Методы оптимизации энергопотребления отличаются от методов оптимизации производительности, поскольку энергопотребление платформы можно изменить посредством изменения настроек ПО. В специальном комплекте для разработки игр Intel® для мобильных ПК предусмотрены функции автоматического определения состояния платформы при изменении источника питания (например, при переходе на батареи после отключения устройства от розетки) или при потере соединения с сетью. Прикладные программные интерфейсы из состава этого комплекта можно использовать в игровых приложениях, чтобы отслеживать состояние системы и соответствующим образом изменять игровые настройки (например, ограничивать частоту смены кадров и уменьшать разрешение дисплея, чтобы снизить энергопотребление).

В программных интерфейсах также предусмотрены возможности, обеспечивающие максимальную продолжительность игры на мобильных ПК, работающих от батарей:

• уменьшение яркости дисплея
• отключение неиспользуемого адаптера беспроводной связи
• ограничение частоты смены кадров
• снижение разрешения
• снижение качества графики

Разработчикам игр доступно несколько режимов:

1. оптимальная производительность – игровое приложение настроено на максимум производительности с учетом имеющейся аппаратной конфигурации
2. оптимальное энергопотребление – некоторые игровые возможности ограничиваются, чтобы увеличить время работы от батарей

Пользователи могут выбрать наиболее подходящий режим игры.

• Энергопотребление платформы

Раджшри Чабуксвар – разработчица приложений, работающая над клиентской поддержкой. (Группа поддержки мобильных приложений) Перед приходом в Intel она получила степень магистра в области компьютерной техники в Университете города Сиракьюс, штат Нью-Йорк.

Йун Де Вега – разработчик приложений группы программного обеспечения и решений Intel, работающий над отладкой приложений и их оптимизацией для архитектуры Intel®. Он поддерживает адаптацию приложений от независимых поставщиков для мобильных и настольных платформ Intel®. Вы можете отправить ему письма по адресу rodolfo.de.vega@intel.com.