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La vraie consommation des PC
DiversAlimentations
Publié le Vendredi 11 Mai 2007 par Marc Prieur

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Page 1 - 1000, 1200 watts, pourquoi faire ?

Depuis quelques temps, on observe sur le marché des alimentations une véritable folie des watts de la part des constructeurs. Après les 800 watts, plusieurs constructeurs ont lancés des modèles "grand public" capables de fournir 1000, voir même 1200 watts ! Le summum du ridicule fut atteint lors du CeBIT, lorsque nous avons vu Enermax puis Thermaltake essayer de justifier l’utilisation de telles alimentations. L’idée nous est alors venue de nous intéresser aux alimentations afin de faire le point, cet article n’étant donc qu’un commencement.

1000 & 1200 watts ?!

Avant toute chose, rappelons quels étaient les arguments des deux constructeurs suscités. Chez Enermax, on trouvait une configuration consommant pas moins de 933 watts. Basée sur un système Quad Opteron, elle avait la particularité d’embarquer pas moins de 24 disques durs, une paille.

Thermaltake allait encore plus loin, proposant une configuration consommant 1105,5 watts – oui la virgule est importante. Seul problème, seuls 605.5 watts sont vraiment consommés par le PC, les 500 watts restant l’étant par un amplificateur et des enceintes, soit des périphériques qui ne sont pas reliés à l’alimentation PC mais au directement au secteur !

Et en réalité ?

L’idée de ce test était donc de montrer quelle était la véritable consommation de nos machines, en faisant varier divers éléments autour d’une carte mère ASUSTeK P5N32-E SLI Deluxe, couplée de base avec un 2 Go de DDR2-800, un disque dur Raptor 74 Go et une X1950 Pro. Architecturée autour du chipset nForce 680i SLI, ce qui nous a permis d’utiliser des 8800 GTX SLI, cette carte est au passage un peu plus gourmande que ses concurrentes à base de chipset Intel, l’écart étant de 20 à 25 watts.

Ces premières mesures sont faites principalement à l’aide d’un wattmètre, c'est-à-dire directement à la prise de courant. L’alimentation utilisée, une Seasonic M12 700 watts, est à la norme 80Plus et offre en pratique un rendement qui est donc supérieur à 80%, c'est-à-dire que pour 400 watts consommés sur le 230V elle peut ressortir 320 watts sur ses lignes 3.3V, 5V et 12V. Nous les combineront également à des mesures plus détaillées à l’aide d’un ampèremètre, qui permet de mesurer la consommation sur les différentes lignes.

Nous étudierons ensuite de manière plus précise 3 configuration, une moyen de gamme, une haut de gamme et une très haut de gamme, afin de voir les besoins spécifiques de l’alimentation sur chacun des lignes qu’elle fournie. Pour se faire, nous utiliserons chargerons au maximum la carte graphique et le processeur, mais il est tout à fait possible de consommer encore quelques 10-20 watts en plus en accédant de manière permanente aux disques durs, au lecteur DVD, mais ce tests sont délicats à mettre en œuvre en cas de disques multiples.

Il ne faut d’ailleurs pas perdre non plus de vue que les tests de charge CPU & GPU (Prime95 et 3DMark06) sont très gourmands et qu’il est rare que des logiciels chargent à ce point chacun de ces périphériques. L’utilisation courante de bien des machines se rapproche d’ailleurs plus souvent de la charge au repos. Ainsi sur une des machines au repos nous étions à 129.1 watts, et la lecture d’un fichier audio pendant une séance de surf ne faisait pas dépasser les 150 watts.

Page 2 - CPU, GPU

Variation CPU

Pour commencer, voici la consommation de la configuration lorsque l’on fait varier le processeur, que ce soit en changeant de modèle ou en overclockant.

L’influence est comme vous pouvez le voir importante, l’écart entre le moins gourmand et le plus gourmand étant de 64 watts au repos sur le bureau Windows et de 131 watts en charge, à l’aide de deux sessions à quatre sessions de Prime95. Comme vous pouvez le voir sur le X6800, plus que la hausse de la fréquence c’est la hausse de la tension, dans le cadre de l’overclocking, qui augmente la consommation.

Bien entendu en sus du processeur Prime95 entraine une charge au niveau de la mémoire ou du chipset. Si l’on veut isoler le processeur il faut passer par un ampèremètre, ce qui permet de mesurer la consommation du bloc d’alimentation processeur de la carte mère dont le rendement varie entre 80 et 90%. On mesure alors 45,3 watts pour le E4300 en charge, contre 158,4 watts pour le QX6700 overclocké.

Variation GPU

L’autre paramètre important dans la consommation d’une machine est la carte graphique. Nous avons mesuré la consommation en faisant tourner le test de Pixel Shader de 3DMark 2006 avec Prime95 de manière à obtenir une consommation CPU constante quelque soit la vitesse d’exécution de 3DMark06. Le choix de ce test n’est pas anodin car parmi nos recherches il s’avère que c’est celui qui offrait la consommation la plus importante de manière constante.

Rien que sur le bureau Windows, une 8800 GTX consomme 50 watts de plus qu’une X1950 Pro, cet écart montant à 92 watts en 3D. Autant ce dernier chiffre est compréhensible, autant en 2D il semble que des efforts soient à faire afin de limiter une consommation qui n’est pas vraiment justifiée. Le fait de passer en SLI augmente notablement la charge et permet de déduire la consommation d’une 8800 GTX : 82 watts en 2D, 172 watts en 3D.

Page 3 - Mémoire, HDD, CD, Son, Ventilo

Variation mémoire

On passe maintenant à la mémoire. De base, la machine est équipée de 2x1 Go de mémoire vive, nous avons opté pour une variation de la quantité via le rajout de deux barrettes supplémentaires et de la consommation via un passage à 2.25V au lieu de 1.8V.

Etant donné qu’il n’est pas vraiment possible de charger la mémoire de manière indépendante du processeur, le mieux est de voir la consommation supplémentaire induite par le passage de 2 à 4 Go. A 1.8V, cela varie entre 9.6W au repos et 10.5W en charge, contre 10.8 et 12.8W en activité à 2.25V. Rien de bien important donc.

Variation HDD & CD

Pour le disque dur, nous avons rajouté un Raptor 150 Go, ainsi qu’un Samsung 250 Go, et mesuré la consommation en rotation mais aussi lors d’accès via IOmeter.

L’ajout d’un Raptor 150 Go entraine un surplus de 10.5W au niveau de la prise au repos, et de 14.5W en charge. Le Samsung 250 Go, fonctionnant à 7200 tpm, est logiquement moins gourmand avec des chiffres de 9.3 et 12.3W.

Si on regarde à l’aide de l’ampèremètre la répartition entre le +5V et le +12V, on voit que le Raptor tire respectivement 4.1 et 7.2W sur ses lignes en charge, ces chiffres étant de 3.2 et 7.2W sur le disque Samsung.

Quid de la consommation d’un CD-RW Lite-On en lecture CD ? Sans CD inséré, elle est de 2 watts sur le 5V, avec un CD en rotation, de 7.4W dont 4.9 sur le 12V, et en lecture de 14W dont 10.9 sur le 12V.

Variation son

Comme vous pouvez le voir cela n’a que peu d’impact. Au repos la carte son ajoute 3.8W de consommation mesurée au niveau de la prise, et la lecture d’un AAC 128 kbps sous Itunes ne nécessite que 3W supplémentaires. Un test en DirectSound 3D n'a pas montré de hausse notable de la consommation par rapport à cette valeur.

Variation ventilateur

Vu la faible consommation des ventilateurs, nous mesurons uniquement ceux-ci à l’ampèremètre. Deux modèles sont testés, un Enermax 120mm avec variateur spécifié à 0.30A en 12V, et un Scythe 120mm qui est lui à 0.18A. En pratique l’Enermax varie entre 0.19 et 0.29A, soit 2.28 et 3.48W, contre 0.12A pour le Scythe soit 1.44W. L’impact est donc très négligeable au sein d’une configuration.

Page 4 - Les configuration

Les configurations

Pour aller plus loin dans nos tests, nous allons maintenant étudier de manière plus précise la consommation de 3 configurations. Pour se faire, nous mesurons au niveau de la prise de courant via notre wattmètre la consommation au repos et en charge sous Prime95+3DMark06, puis en charge nous relevons en sus les différentes intensitées relevés directement en sortie d’alimentation. En effet, lorsqu’une alimentation est spécifiée à 400 watts, il ne s’agit pas de la puissance maximale qu’elle consomme mais de la puissance maximale qu’elle peut délivrer. Avec un rendement de 80%, une alimentation 400 watts consommera 500 watts pour délivrer sa puissance maximale.

Notre première configuration dite de milieu de gamme, qui pour des raisons pratique embarque la même carte et le même disque principal qui sont un peu plus haut de gamme :

- ASUSTeK P5N32-E SLI Deluxe (nForce 680i SLI)
- Intel Core 2 Duo E4300
- Ventirad Intel box
- Sapphire Radeon X1950 Pro 256 Mo
- 2x1 Go DDR2 800
- Western Digital Raptor 74 Go
- Lite-On CD-RW 48x
- Enermax 120mm au mini
- Creative Sound Blaster Audigy

Au repos sur le bureau Windows, la consommation atteint 130.1 Watts, et grimpe jusqu’à 218.1 watts en charge. Voilà ce qui se passe lorsqu’on regarde les différentes lignes :

Au final l’alimentation fournie véritablement 183.5 watts en charge, à 72% sur le 12V. Le rendement de l’alimentation est donc ici de 84.1%, un très bon score. Pour être clair, une alimentation 250 watts, histoire d’avoir un peu de marge, suffirait largement à alimenter une telle configuration, à condition bien entendu que les spécifications de l’alimentation soient respectées !

On passe maintenant à notre configuration haut de gamme, sur laquelle un X6800 vient remplacer le E4300, alors que l’on rajoute un HDD Samsung 250 Go, que la ventilation de l’Enermax est passée au maximum (ce qui au vue de cette dernière équivaut sans problème à deux ventilateurs silencieux), et la X1950 Pro laisse place à une Albatron GeForce 8800 GTX.

- ASUSTeK P5N32-E SLI Deluxe (nForce 680i SLI)
- Intel Core 2 Duo X6800
- Ventirad Intel box
- Albatron GeForce 8800 GTX
- 2 x 1 Go DDR2 800
- Western Digital Raptor 74 Go
- Samsung 250 Go
- Lite-On CD-RW 48x
- Enermax 120mm au max
- Creative Sound Blaster Audigy

Les consommations mesurées sont respectivement de 191.1 et 347.7 watts au repos et en charge. L’alimentation répartie sa puissance comme suit :

Par rapport au cas précédent, on note une baisse du 12V arrivant par la prise ATX, ceci étant lié au fait que la 8800 tire moins de courant directement du port PCI Express que la X1950 Pro, ce qui est bien entendu compensé par les prises dites PCI-E. Au final l’alimentation délivre 285.8 watts, soit un rendement de 82.3%, dont 80% sur le +12V. On notera qu’en passant à un SLI de 8800 GTX sur cette configuration, l’alimentation doit délivrer 416 watts en charge. Sans SLI, une alimentation de 350W est donc suffisante ici.

On passe maintenant à la configuration très haut de gamme, sur laquelle on passe à un quad core QX6700, qui plus est overclocké à 3.2 GHz en 1.5V – en fait le CPU supporte cette fréquence dès 1.4V mais il s’agissait ici d’augmenter au maximum la consommation. Une seconde 8800 GTX est ajoutée, de même qu’un second Raptor 74 Go et qu’un second disque de 250 Go, de chez Maxtor cette fois. On passe également à 4 Go de DDR2-800, alimentées en 2.25V, et le refroidissement CPU est assuré par un Scythe Infinity.

- ASUSTeK P5N32-E SLI Deluxe (nForce 680i SLI)
- Intel Core 2 Duo QX6700 @ 3.2 GHz @ 1.5V
- Ventirad Scythe Infinity
- 2 x Albatron GeForce 8800 GTX
- 4 x 1 Go DDR2 800 @ 2.25V
- 2 x Western Digital Raptor 74 Go
- Samsung 250 Go + Maxtor 250 Go
- Lite-On CD-RW 48x
- Enermax 120mm au max
- Creative Sound Blaster Audigy

La consommation double par rapport à la précédente configuration, puisqu’on en est à 384.7 watts au repos, pour 687.6 watts en charge. Premier point choquant, au repos cette configuration est plus gourmande que la précédente en charge. Bien entendu nous n’y sommes pas aller avec le dos de la cuillère mais cela prouve qu’il serait plus qu’utile que les constructeurs s’attachent à réduire la consommation de composants dans ces conditions.

L’alimentation délivre en fait 567.6 watts, dont 85.3% sur le +12V, et le rendement est donc de 82.6%. Cette configuration permet donc de justifier l’achat d’une alimentation 600-650 watts, voir un peu plus si on aime avoir de la marge. La charge sur le +12V est relativement importante et il faudra donc veiller à avoir une alimentation capable de délivrer un bonne intensité sur cette ligne. On notera que passer le CPU de 1.5 à 1.4V, ce qui est plus raisonnable, permet de gagner un peu en consommation ce qui fait que le +12V passe alors de 40.3A à 37.9A.

Page 5 - Conclusion

Conclusion

Comme nous avons pu le voir au cours de cet article, l’apparition d’alimentations offrant des puissances de 1200, 1000 et même 800 watts destinées au PC Desktop, et plus aux serveurs, n’a que peu de justification. Dans le pire des cas, nous n’avons pas pu dépasser les 687.6 watts de consommation, mais l’alimentation en elle-même ne délivrait au final « que » 567.6 watts en sortie, et ce malgré l’utilisation d’une configuration overclockée et très haut de gamme. Bien entendu certaines configurations extrêmes spécialisées pour les records en tout genre, utilisant le watercooling et des cartes graphiques overclockée via modification de la tension pourront aller plus loin et justifier une alimentation 700 voir 750 watts.

Sur des configurations plus normales, nos tests ont montrés qu’une puissance de 250 watts était suffisante pour une configuration moyen de gamme, et 350 watts suffisaient pour une configuration haut de gamme.

Bien entendu il se pose ensuite la question de la qualité des alimentations. D’une part, il ne faut pas perdre de vue que le +12V est prédominant, puisqu’il représente 72, 80.4 et 85.3% de la puissance délivrée selon nos tests, et il faut donc s’assurer d’une bonne répartition de la puissance entre ces lignes : une alimentation 350 Watts qui ne pourrait fournir que 200 Watts sur le +12V ne serait pas un bon choix. De même, la qualité de l’alimentation est importante, car choisir une alimentation qui correspondrait tout juste à ses besoins fait que l’on pourrait se retrouver dans un cas ou elle est en « bout de course », avec une tension moins stable ou une ventilation trop bruyante par exemple.

On notera en sus que la différence entre 400 watts et 350 watts n’est pas grande côté prix même chez les marques, quand bien même le modèle 350W existe encore, de fait il serait un peu dommage de se priver. Seul le choix d’une configuration à base de SLI justifiera vraiment la nécessité d’investir dans un modèle 500 watts, mais il faut également noter que c’est la puissance minimale à partir de laquelle certains constructeurs proposent des modèles modulaires, ce qui est également un critère de choix. Une puissance supérieure ne sera vraiment utile qu’aux machines très haut de gamme overclockées, comme nous l’avons vu précédemment.

Nous conclurons cet article par un gros regret, il s’agit de la consommation au repos des configurations desktop. En effet, si celle en charge est tout à fait compréhensible, il semble qu’il reste beaucoup à faire afin de diminuer la consommation des machines dans ce cas, sans pour autant atteindre le mode veille. Sachant qu’une bonne partie de l’utilisation d’un PC même haut de gamme n’est pas forcément très importante en terme de charge, un abaissement de la consommation semble vraiment nécessaire, que ce soit d’un point de vue écologique ou économique.